KR100811703B1 - 마이크로 요동 소자 - Google Patents

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KR100811703B1
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오사무 츠보이
히로미츠 소네다
사토시 우에다
잎페이 사와키
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후지쯔 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 요동부의 요동 동작을 위한 구동력을 확보하면서 소형화를 도모하는 데에 적합한 마이크로 요동 소자를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 마이크로 요동 소자(X1)는 요동부(10), 프레임(21) 및 비틀어짐 연결부(22)를 구비한다. 요동부(10)는 가동 기능부(11)와, 가동 기능부(11)로부터 연장 돌출되는 암부(12)와, 암부(12)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 암부(12)로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 상기 연장 방향으로 서로 격리되는 복수의 전극치(電極齒)(13a, 13b)로 이루어지는 빗살 전극(13A, 13B)을 갖는다. 비틀어짐 연결부(22)는 요동부(10)와 프레임(21)을 연결하고, 요동부(10)의 요동 동작의, 암부(12)의 연장 방향과 교차하는 요동 축심(A1)을 규정한다. 또한, 본 소자(X1)는 프레임(21)으로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부(12)의 연장 방향으로 서로 격리되는 복수의 전극치(23a, 23b)로 이루어지는, 빗살 전극(13A, 13B)과 협동하여 요동 동작의 구동력을 발생시키기 위한 빗살 전극(23A, 23B)을 더 구비한다.
빗살 전극, 전극치, 마이크로 미러 소자, 요동 소자, 구동력.

Description

마이크로 요동 소자{MICRO-SHAKING DEⅥCE}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로 미러 소자의 평면도.
도 2는 도 1에 나타내는 마이크로 소자의 일부 생략 평면도.
도 3은 도 1의 선 Ⅲ-Ⅲ를 따른 단면도.
도 4는 도 1의 선 Ⅳ-Ⅳ를 따른 단면도.
도 5는 도 1의 마이크로 소자의 제조 방법에서의 일부 공정을 나타낸 도면.
도 6은 도 5 후에 이어지는 공정을 나타낸 도면.
도 7은 구동시에서의 도 1의 선 Ⅲ-Ⅲ를 따른 단면도.
도 8은 도 1의 마이크로 미러 소자의 제 1 변형예의 평면도.
도 9는 도 1의 마이크로 미러 소자의 제 2 변형예의 평면도.
도 10은 도 1의 마이크로 미러 소자의 제 3 변형예의 평면도.
도 11은 도 1의 마이크로 미러 소자의 제 4 변형예의 평면도.
도 12는 도 1의 마이크로 미러 소자의 제 5 변형예의 평면도.
도 13은 도 1의 마이크로 미러 소자의 제 6 변형예의 평면도.
도 14는 도 1의 마이크로 미러 소자의 제 7 변형예의 평면도.
도 15는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로 미러 소자의 평면도.
도 16은 도 15에 나타내는 마이크로 미러 소자의 일부 생략 평면도.
도 17은 도 15의 선 XⅦ-XⅦ을 따른 단면도.
도 18은 도 15의 선 XⅧ-XⅧ을 따른 단면도.
도 19는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 마이크로 미러 소자의 평면도.
도 20은 도 19에 나타내는 마이크로 미러 소자의 일부 생략 평면도.
도 21은 도 19의 선 XXI-XXI를 따른 단면도.
도 22는 도 19의 선 XXⅡ-XXⅡ를 따른 단면도.
도 23은 도 19의 선 XXⅢ-XXⅢ을 따른 단면도.
도 24는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 마이크로 미러 소자의 평면도.
도 25는 도 24의 선 XXV-XXV를 따른 단면도.
도 26은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 마이크로 미러 소자의 평면도.
도 27은 도 26에 나타내는 마이크로 미러 소자의 일부 생략 평면도.
도 28은 도 26의 선 XXⅧ-XXⅧ를 따른 단면도.
도 29는 도 26의 선 XXIX-XXIX를 따른 단면도.
도 30은 도 26의 선 XXX-XXX를 따른 단면도.
도 31은 복수의 도 26의 마이크로 미러 소자를 포함하는 마이크로 미러 어레이를 나타낸 도면.
도 32는 종래의 마이크로 미러 소자의 일부 생략 사시도.
도 33은 도 32에 나타내는 마이크로 미러 소자에서의 한 조의 빗살 전극의 배향(配向)을 나타낸 도면.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
X1, X2, X3, X4, X5, X6 ; 마이크로 미러 소자
Y ; 마이크로 미러 어레이
10, 30 ; 요동부
11, 31, 61 ; 미러 지지부
12, 14, 15, 32, 33, 52, 53 ; 암부
13A, 23A, 34A, 35A, 43A, 44A ; 빗살 전극
13a, 23a, 34a, 35a, 43a, 44a ; 전극치(電極齒)
13B, 23B, 34B, 35B, 43B, 44B ; 빗살 전극
13b, 23b, 34b, 35b, 43b, 44b ; 전극치
21, 41, 51, 62 ; 프레임
22, 42, 54 ; 비틀어짐 연결부
22a, 42a, 54a, 54b, 54c ; 토션바(torsion bar)
55, 56 ; 빗살 전극
55a, 56 ; 전극치
본 발명은 회전 변위가 가능한 요동부를 갖는, 예를 들어 마이크로 미러 소자, 가속도 센서, 각(角)속도 센서, 진동 소자 등의 마이크로 요동(搖動) 소자에 관한 것이다.
최근, 다양한 기술 분야에서 마이크로머시닝(micromachining) 기술에 의해 형성되는 미소 구조를 갖는 소자의 응용화가 도모되고 있다. 예를 들어, 광통신 기술의 분야에서는 광반사 기능을 갖는 미소 마이크로 미러 소자가 주목받고 있다.
광통신에서는 광파이버(光 fiber)를 매체로 하여 광신호가 전송되고, 일반적으로 광신호의 전송 경로를 임의의 파이버로부터 다른 파이버로 전환하기 위하여 광스위칭 장치가 이용된다. 양호한 광통신을 달성하기 위하여 광스위칭 장치에 요구되는 특성으로서는, 전환 동작에서의 대용량성, 고속성, 고신뢰성 등을 들 수 있다. 이들 관점으로부터, 광스위칭 장치로서는 마이크로머시닝 기술에 의해 제작되는 마이크로 미러 소자를 일체로 구성하는 것에 대한 기대가 높아지고 있다. 마이크로 미러 소자는 광스위칭 장치에서의 입력 측의 광전송로와 출력 측의 광전송로 사이에서, 광신호를 전기 신호로 변환하지 않고 광신호 그대로 스위칭 처리를 행할 수 있어 상기한 특성을 얻는 데에 적합하기 때문이다.
마이크로 미러 소자는 광을 반사하기 위한 미러면을 구비하고, 상기 미러면의 요동에 의해 광의 반사 방향을 변화시킬 수 있다. 미러면을 요동하는 데에 있어서 정전력을 이용하는 정전 구동형의 마이크로 미러 소자가 많은 장치에서 채용되고 있다. 정전 구동형 마이크로 미러 소자는 소위 표면 마이크로머시닝 기술에 의해 제조되는 마이크로 미러 소자와, 소위 벌크(bulk) 마이크로머시닝 기술에 의해 제조되는 마이크로 미러 소자로, 크게 2개로 구별할 수 있다.
표면 마이크로머시닝 기술에서는, 기판 위에서 각 구성 부위에 대응하는 재료 박막을 원하는 패턴으로 가공하고, 이러한 패턴을 순차적으로 적층함으로써, 지 지 고정부, 요동부, 미러면 및 전극부 등의 소자를 구성하는 각 부위나, 후에 제거되는 희생층을 형성한다. 한편, 벌크 마이크로머시닝 기술에서는 재료 기판 자체를 에칭함으로써, 고정 지지부나 요동부 등을 원하는 형상으로 성형하여 미러면이나 전극을 박막 형성한다. 벌크 마이크로머시닝 기술에 대해서는, 예를 들어 하기 특허문헌 1 내지 4에 기재되어 있다.
[특허문헌 1] 일본국 특개평 9-146032호 공보
[특허문헌 2] 일본국 특개평 9-146034호 공보
[특허문헌 3] 일본국 특개평 10-190007호 공보
[특허문헌 4] 일본국 특개평 2000-31502호 공보
마이크로 미러 소자에 요구되는 기술적 사항의 하나로서, 광반사 기능을 하는 미러면의 평면도가 높은 것을 들 수 있다. 그러나, 표면 마이크로머시닝 기술에 의하면, 최종적으로 형성되는 미러면이 얇기 때문에 미러면이 만곡되기 쉽고, 따라서 광면적의 미러면에서 높은 평면도를 달성하는 것이 곤란하다. 이것에 대하여, 벌크 마이크로머시닝 기술에 의하면, 상대적으로 두터운 재료 기판 자체를 에칭 기술에 의해 깎아내고 미러 지지부를 구성하여 상기 미러 지지부 위에 미러면을 설치하므로, 넓은 면적의 미러면이라도 그 강성을 확보할 수 있다. 그 결과, 충분히 높은 광학적 평면도를 갖는 미러면을 형성할 수 있다.
도 32는 벌크 마이크로머시닝 기술에 의해 제작되는 종래의 마이크로 미러 소자(X6)의 일부 생략 사시도이다. 마이크로 미러 소자(X6)는 상면에 미러면(64)이 설치된 미러 지지부(61)와, 프레임(62)(일부 생략)과, 이들을 연결하는 한 쌍의 토션바(torsion bar)(63)를 갖는다. 미러 지지부(61)에는 그 한 쌍의 단부(端部)에 빗살 전극(61a, 61b)이 형성되어 있다. 프레임(62)에는 빗살 전극(61a, 61b)에 대응하여 안쪽으로 연장되는 한 쌍의 빗살 전극(62a, 62b)이 형성되어 있다. 한 쌍의 토션바(63)는 프레임(62)에 대한 미러 지지부(61)의 요동 동작의 요동 축심(A6)을 규정하고 있다.
이러한 구성의 마이크로 미러 소자(X6)에서는, 구동력(정전 인력(引力))을 발생시키기 위하여 근접하여 설치된 한 조의 빗살 전극, 예를 들어 빗살 전극(61a, 62a)은 전압 비인가(非印加)시에는, 도 33의 (a)에 나타낸 바와 같이, 2단으로 나뉜 배향(配向)을 취한다. 한편, 소정 전압 인가시에는, 도 33의 (b)에 나타낸 바와 같이, 빗살 전극(61a)이 빗살 전극(62a)에 끌어 당겨지고, 이것에 의해 미러 지지부(61)가 회전 변위된다. 구체적으로는, 빗살 전극(61a)을 플러스로 대전시키고, 또한 빗살 전극(62a)을 마이너스로 대전시키면, 빗살 전극(61a)이 빗살 전극(62a)에 끌어 당겨지고, 미러 지지부(61)가 한 쌍의 토션바(63)를 비틀면서 요동 축심(A6) 주위로 회전 변위된다. 이러한 미러 지지부(61)의 요동 구동에 의해, 미러 지지부(61) 위에 설치된 미러면(64)에 의해 반사되는 광의 반사 방향이 전환된다.
마이크로 미러 소자(X6)에서, 요동 축심(A6) 방향의 단축화에 의해 소형화를 도모하기 위해서는, 실제상, 요동 축심(A6) 방향에서 소자 치수의 상당 정도를 차지하는 미러 지지부(61)의 길이 L61을 작게 할 필요가 있다. 그러나, 마이크로 미 러 소자(X6)에서는 미러 지지부(61)의 요동 동작을 위한 구동력을 확보하면서, 요동 축심(A6) 방향의 단축화에 의한 소형화를 도모하는 것은 곤란하다.
마이크로 미러 소자(X6)에서는, 빗살 전극(61a, 61b) 각각의 복수의 전극치가 요동 축심(A6) 방향으로 서로 격리되어 미러 지지부(61)에 지지되어 있으므로, 빗살 전극(61a, 61b)의 전극치의 수는 미러 지지부(61)의 길이 L61에 의한 제약을 받는다. 그 때문에, 한 조의 빗살 전극(61a, 62a)을 구성하는 전극치의 수, 및 한 조의 빗살 전극(61b, 62b)을 구성하는 전극치의 수는 미러 지지부(61)의 길이 L61에 의한 제약을 받는다. 또한, 미러 지지부(61)의 요동 동작을 위한 구동력, 즉, 빗살 전극(61a, 62a) 사이 및 빗살 전극(61b, 62b) 사이에 발생할 수 있는 정전 인력을 확보하기 위해서는, 한 조의 빗살 전극(61a, 62a)에서 전극치들이 대향 가능한 면적 및 한 조의 빗살 전극(61b, 62b)에서 전극치들이 대향 가능한 면적을 확보하지 않으면 안된다. 따라서, 미러 지지부(61)의 길이 L61를 작게 한 다음, 상기 대향 가능 면적을 확보하기 위해서는 각 전극치의 폭 d1을 단축하고, 또한 전극치간 갭 d2를 단축함으로써, 각 빗살 전극(61a, 61b, 62a, 62b)의 전극치 수를 일정 이상으로 설정하는 방법이나, 미러 지지부(61) 및 프레임(62) 사이의 거리를 길게 하고, 또한 각 전극치의 길이 d3를 증대하는 방법이 고려된다.
그러나, 전극치에서의 폭 d1의 단축 및 길이 d3의 증대는 전극치의 폭 방향의 기계적 강도를 저하시키고, 도 33의 (b)를 참조하여 상술한 바와 같은 전압 인가시에서 전극치가 그 폭 방향으로 변형되어 주변의 전극치에 달라붙는 결함을 초래한다. 또한, 전극치간 갭 d2의 단축은 마이크로 미러 소자(X6)의 제조에서, 프 로세스가 어려워지거나 제조 수율의 저하 등을 초래한다.
이와 같이, 마이크로 미러 소자(X6)는 미러 지지부(61)의 요동 동작을 위한 구동력을 확보하면서 요동 축심(A6) 방향의 단축화에 의한 소형화를 도모하는 데에 곤란성을 갖는다. 마이크로 미러 소자(X6)와 같은 마이크로 요동 소자에서는, 일반적으로 요동 동작하는 부위에 대해서 회전 변위가 크고, 또한 고속의 요동 동작을 낮은 구동 전압으로 실현할 수 있는 특성이 요구되는바, 그러한 특성을 얻기 위해서는 요동부의 요동 동작을 위한 구동력을 일정 이상으로 확보할 필요가 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 안출된 것으로서, 요동부의 요동 동작을 위한 구동력을 확보하면서 소형화를 도모하는 데에 적합한 마이크로 요동 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의해 제공되는 마이크로 요동 소자는 프레임과, 가동 기능부, 상기 가동 기능부로부터 연장 돌출되는 암부 및 상기 암부의 연장 방향과 교차하는 방향으로 상기 암부로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 연장 방향으로 서로 격리되는 복수의 제 1 전극치로 이루어지는 제 1 빗살 전극을 갖는 요동부와, 프레임 및 요동부를 연결하고, 또한 상기 요동부의 요동 동작의, 암부의 연장 방향과 교차하는 요동 축심을 규정하는 비틀어짐 연결부와, 암부의 연장 방향과 교차하는 방향으로 프레임으로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부의 연장 방향으로 서로 격리되는 동시에, 제 1 빗살 전극의 복수의 제 1 전극치에 대하여 프레임의 높이 방향 및 암부의 연장 방향으로 어긋나 있는 복수의 제 2 전극치로 이루어지는, 제 1 빗살 전극과 협동하여 요동 동작의 구동력을 발생시키기 위한 제 2 빗살 전극을 구비한다. 본 소자에서의 제 1 및 제 2 빗살 전극은 요동부의 요동 동작을 위한 구동 기구로서의, 소위 빗살 전극형 액추에이터(actuator)를 구성한다. 또한, 본 소자는 예를 들어 마이크로 미러 소자에 적용할 수 있다.
본 소자에서는, 제 1 빗살 전극의 복수의 제 1 전극치는 가동 기능부로부터 연장 돌출되는 암부의 연장 방향으로 서로 격리되어 상기 암부에 지지되어 있고, 또한 제 2 빗살 전극의 복수의 제 2 전극치는 가동 기능부로부터 연장 돌출되는 암부의 연장 방향으로 서로 격리되어 프레임에 지지되어 있다. 제 1 및 제 2 전극치는 가동 기능부에 직접적으로는 지지되어 있지 않다. 그 때문에, 한 조의 빗살 전극(제 1 빗살 전극, 제 2 빗살 전극)을 구성하는 전극치(제 1 전극치, 제 2 전극치)의 수는 암부의 연장 방향에 대하여, 예를 들어 직각으로 교차하는 요동 축심의 연장 방향에서의 가동 기능부의 길이에 의한 제약을 받지 않는다. 따라서, 본 소자에서는, 요동 축심 방향에서의 가동 기능부의 설계 치수에 관계없이 원하는 수의 제 1 및 제 2 전극치를 설치함으로써, 제 1 및 제 2 빗살 전극에서 전극치들이 대향 가능한 면적을 확보할 수 있다. 본 소자에서는, 제 1 및 제 2 빗살 전극에서 전극치들이 대향 가능한 면적을 확보하는 데에 있어서, 제 1 및 제 2 전극치의 기계적 강도에 지장을 가져올 정도로 제 1 및 제 2 전극치에 대해서 폭을 단축하거나 연장 돌출 길이를 증대할 필요는 없고, 또한 소자의 제조 과정에 결함을 발생시킬 정도로 전극치간 갭을 단축할 필요는 없다. 이와 같이, 본 소자는 요동 축심 방향에서의 가동 기능부의 설계 치수에 관계없이 원하는 수의 제 1 및 제 2 전극치를 설치함으로써 요동부의 요동 동작을 위한 구동력을 확보하면서, 요동 축심 방향에 서의 가동 기능부에 따라 소자 전체의 설계 치수를 짧게 설정함으로써 소형화를 도모하는 데에 적합하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 복수의 제 1 전극치의 연장 방향은 요동 축심에 대하여 평행이다. 이 경우, 제 2 전극치의 연장 방향은 제 1 전극치의 연장 방향에 대하여 평행인 것이 바람직하다. 제 1 및 제 2 전극치의 연장 방향이 요동 축심에 대하여 평행인 구성은 상기 요동 축심 주위의 요동 동작을 위한 구동력을 효율적으로 발생하는 데에 적합하다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서는, 복수의 제 1 전극치의 연장 방향과 요동 축심의 연장 방향은 교차한다. 이 경우, 제 2 전극치의 연장 방향은 제 1 전극치의 연장 방향에 대하여 평행인 것이 바람직하다. 제 1 및 제 2 전극치의 연장 방향이 요동 축심에 대하여 비평행이어도 요동 축심 주위의 요동 동작을 위한 구동력을 제 1 및 제 2 빗살 전극에 의해 발생 가능한 경우가 있다.
제 1 빗살 전극은 3개 이상의 전극치로 이루어지고, 서로 이웃하는 2개의 제 1 전극치 사이의 거리는 요동 축심으로부터 멀수록 긴 것이 바람직하다. 또한, 제 2 빗살 전극은 3개 이상의 전극치로 이루어지고, 서로 이웃하는 2개의 제 2 전극치 사이의 거리는 요동 축심으로부터 멀수록 긴 것이 바람직하다. 제 1 전극치는 요동 축심으로부터 멀수록 요동부의 요동 동작시에서의 전극치 격리 방향(암부의 연장 방향)의 변위량이 큰바, 이들의 구성은 요동부의 요동 동작시에서 제 1 전극치가 제 2 전극치에 맞닿아 버리는 것을 회피하는 데에 적합하다.
암부의 연장 방향에서 서로 이웃하는 2개의 제 2 전극치 사이에 위치하는 제 1 전극치는 상기 2개의 제 2 전극치 사이의 중심 위치로부터 요동 축심에 가까워지는 쪽으로 편위(偏位)되어 있는 것이 바람직하다. 또는, 암부의 연장 방향에서 서로 이웃하는 2개의 제 2 전극치 사이에 위치하는 제 1 전극치는 상기 2개의 제 2 전극치 사이의 중심 위치로부터, 요동 축심으로부터 멀어지는 쪽으로 편위되어 있다. 소위, pull-in 현상을 억제하기 위해서는 이러한 구성을 채용하는 것이 바람직한 경우가 있다.
바람직한 실시예에서는, 본 마이크로 요동 소자는 암부의 연장 방향과 교차하는 방향으로 상기 암부로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 상기 암부의 연장 방향으로 서로 격리되는 복수의 제 3 전극치로 이루어지는 제 3 빗살 전극과, 암부의 연장 방향과 교차하는 방향으로 프레임으로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부의 연장 방향으로 서로 격리되는 동시에, 제 3 빗살 전극의 복수의 제 3 전극치에 대하여 프레임의 높이 방향 및 암부의 연장 방향으로 어긋나 있는 복수의 제 4 전극치로 이루어지는, 제 3 빗살 전극과 협동하여 요동 동작의 구동력을 발생시키기 위한 제 4 빗살 전극을 더 구비하고, 제 2 및 제 4 빗살 전극은 전기적으로 분리되어 있다. 이 경우, 제 1 및 제 3 빗살 전극은 전기적으로 접속되어 있는 것이 바람직하다. 본 구성에 의하면, 제 2 빗살 전극에 부여하는 전위와 제 4 빗살 전극에 부여하는 전위를 다르게 함으로써, 제 1 및 제 2 빗살 전극 사이에 생기는 정전력과 제 3 및 제 4 빗살 전극 사이에 생기는 정전력을 다르게 할 수 있다. 이러한 구성은 요동 축심과 교차하는 소정의 축심 주위의 가동 기능부의 회전 변위를 제어하는 데에, 즉, 상기 축심 주위의 가동 기능부의 자세를 조정하는 데에 적합하다.
다른 바람직한 실시예에서는, 본 마이크로 요동 소자는 가동 기능부로부터 연장 돌출되는 추가 암부와, 추가 암부의 연장 방향과 교차하는 방향으로 상기 추가 암부로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 상기 추가 암부의 연장 방향으로 서로 격리되는 복수의 제 3 전극치로 이루어지는 제 3 빗살 전극과, 추가 암부의 연장 방향과 교차하는 방향으로 프레임으로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 추가 암부의 연장 방향으로 서로 격리되는 동시에, 제 3 빗살 전극의 복수의 제 3 전극치에 대하여 프레임의 높이 방향 및 암부의 연장 방향으로 어긋나 있는 복수의 제 4 전극치로 이루어지는, 제 3 빗살 전극과 협동하여 요동 동작의 구동력을 발생시키기 위한 제 4 빗살 전극을 더 구비하고, 제 1 및 제 3 빗살 전극은 전기적으로 분리되어 있다. 이 경우, 제 2 및 제 4 빗살 전극은 전기적으로 접속되어 있는 것이 바람직하다. 본 구성에 의하면, 제 1 빗살 전극에 부여하는 전위와 제 3 빗살 전극에 부여하는 전위를 다르게 함으로써, 제 1 및 제 2 빗살 전극 사이에 생기는 정전력과 제 3 및 제 4 빗살 전극 사이에 생기는 정전력을 다르게 할 수 있다. 이러한 구성은 요동 축심과 교차하는 소정의 축심 주위의 가동 기능부의 회전 변위를 제어하는 데에, 즉, 상기 축심 주위의 가동 기능부의 자세를 조정하는 데에 적합하다.
본 마이크로 요동 소자는 추가 프레임과, 프레임 및 추가 프레임을 연결하고, 또한 상기 추가 프레임의 요동 동작의, 요동 축심의 연장 방향과 교차하는 추가 요동 축심을 규정하는 추가 비틀어짐 연결부와, 추가 프레임의 요동 동작의 구동력을 발생시키기 위한 구동 기구를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우, 요동 축심의 연장 방향과 추가 요동 축심의 연장 방향은 직교하는 것이 바람직하다. 본 소자는, 이와 같이 2축형의 회전 소자로서 구성할 수도 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로 미러 소자(X1)를 나타낸다. 도 1은 마이크로 미러 소자(X1)의 평면도이고, 도 2는 마이크로 미러 소자(X1)의 일부 생략 평면도이며, 도 3 및 도 4는 각각, 도 1의 선 Ⅲ-Ⅲ 및 선 Ⅳ-Ⅳ를 따른 단면도이다.
마이크로 미러 소자(X1)는 요동부(10)와, 프레임(21)과, 비틀어짐 연결부(22)와, 빗살 전극(23A, 23B)을 구비하고, MEMS 기술 등의 벌크 마이크로머시닝 기술에 의해, 소위 SOI(silicon on insulator) 기판인 재료 기판에 대하여 가공을 실시함으로써 제조된 것이다. 상기 재료 기판은 제 1 및 제 2 실리콘층 및 상기 실리콘 층간의 절연층으로 이루어지는 적층 구조를 갖고, 각 실리콘층은 불순물의 도핑에 의해 소정의 도전성이 부여되어 있다. 마이크로 미러 소자(X1)에서의 상술한 각 부위는 주로 제 1 실리콘층 및/또는 제 2 실리콘층에 유래하여 형성되는바, 도면의 명확한 관점으로부터, 도 1에서는, 제 1 실리콘층에 유래하여 절연층으로부터 지면 전방 방향으로 돌출하는 부위에 대해서 사선 해칭을 더하여 나타낸다. 또한, 도 2는 마이크로 미러 소자(X1)에서 제 2 실리콘층에 유래하는 구조를 나타낸다.
요동부(10)는 미러 지지부(11)와, 암부(12)와, 빗살 전극(13A, 13B)을 갖는다.
미러 지지부(11)는 제 1 실리콘층에 유래하는 부위로서, 그 표면에는 광반사 기능을 갖는 미러면(11a)이 설치되어 있다. 미러면(11a)은 예를 들어 제 1 실리콘층 위에 성막된 Cr층 및 그 위의 Au층으로 이루어지는 적층 구조를 갖는다. 이러한 미러 지지부(11) 및 미러면(11a)은 본 발명에서의 가동 기능부를 구성한다. 또한, 미러 지지부(11) 내지 가동 기능부에 대해서, 도 1에 나타내는 길이 L1은 예를 들어 20㎛ 내지 300㎛이다.
암부(12)는 주로 제 1 실리콘층에 유래하는 부위로서, 미러 지지부(11)로부터 연장 돌출된다. 암부(12)에 대해서, 도 1에 나타내는 길이 L2는 예를 들어 10㎛ 내지 100㎛이다.
빗살 전극(13A)은 복수의 전극치(13a)로 이루어진다. 복수의 전극치(13a)는 암부(12)로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부(12)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 빗살 전극(13B)은 복수의 전극치(13b)로 이루어진다. 복수의 전극치(13b)는 전극치(13a)와는 반대 측에 암부(12)로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부(12)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 전극치(13a, 13b)는 주로 제 1 실리콘층에 유래하는 부위이다. 본 실시예에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전극치(13a, 13b)의 연장 방향과 암부(12)의 연장 방향은 직교하고, 도 3에 나타낸 바와 같이, 전극치(13a)는 소자 두께 방향(H)으로 기립하여 있고, 전극치(13b)도 소자 두께 방향(H)으로 기립하여 있다. 또한, 본 실시예에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전극치(13a, 13b)의 폭은 균일하다. 이러한 빗살 전극(13A) 내지 전극치(13a)와 빗살 전극(13B) 내지 전극치(13b)는 암부(12)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다.
프레임(21)은 주로 제 1 및 제 2 실리콘층에 유래하는 부위로서, 요동부(10)를 둘러싸는 형상을 갖는다. 프레임(21)에서, 제 2 실리콘층에 유래하는 부위는 도 2에 나타낸다. 또한, 프레임(21)은 소정의 기계적 강도를 갖고 프레임(21) 내의 구조를 지지한다. 프레임(21)에 대해서, 도 1에 나타내는 길이 L3는 예를 들어 5㎛ 내지 50㎛이다.
비틀어짐 연결부(22)는 한 쌍의 토션바(22a)로 이루어진다. 각 토션바(22a)는 주로 제 1 실리콘층에 유래하는 부위로서, 요동부(10)의 암부(12)와 프레임(21)에서 제 1 실리콘층에 유래하는 부위에 접속하여 이들을 연결한다. 토션바(22a)에 의해, 프레임(21)의 제 1 실리콘층 유래 부위와 암부(12)는 전기적으로 접속된다. 또한, 토션바(22a)는 소자 두께 방향(H)에 있어서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 암부(12)보다 얇고, 프레임(21)의 제 1 실리콘층 유래 부위보다도 얇다. 이러한 비틀어짐 연결부(22) 내지 한 쌍의 토션바(22a)는 요동부(10) 내지 미러 지지부(11)의 요동 동작의 요동 축심(A1)을 규정한다. 요동 축심(A1)은 도 1에 나타내는 화살표 D 방향과, 즉, 암부(12)의 연장 방향과 직교한다. 따라서, 암부(12)의 연장 방향으로 직교하는 방향으로 암부(12)로부터 연장 돌출되는 상술한 전극치(13a, 13b)의 연장 방향은 요동 축심(A1)에 대하여 평행이다. 이러한 요동 축심(A1)은 요동부(10)의 중심(重心) 또는 그 근방을 통과하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 각 토션바(22a) 대신에 제 1 실리콘층에서 성형되어 병렬하는 한 조의 토션바를 설치할 수도 있다. 이 경우, 상기 한 조의 토션바의 간격은 프레임(21)으로부터 암부(12)에 가까워짐에 따라 점증되는 것이 바람직하다. 마이크로 미러 소자(X1)에서는, 한 쌍의 토션바(22a) 대신에 이와 같이 병렬하는 2개의 토션바를 2조 설치함으로써, 요동 축심(A1)을 규정할 수도 있다. 후술하는 마이크로 미러 소자에서도 마찬가지이다.
빗살 전극(23A)은 빗살 전극(13A)과 협동하여 정전 인력을 발생하기 위한 부위로서, 복수의 전극치(23a)로 이루어진다. 복수의 전극치(23a)는 프레임(21)으로 부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부(12)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 또한, 빗살 전극(23A)은 주로 제 2 실리콘층에 유래하는 부위로서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 프레임(21)의 제 2 실리콘층 유래 부위에 고정되어 있다. 본 실시예에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전극치(23a)의 연장 방향과 암부(12)의 연장 방향은 직교하고, 전극치(23a)의 연장 방향은 요동 축심(A1)에 대하여 평행이다. 또한, 본 실시예에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전극치(23a)의 폭은 균일하고, 도 3에 나타낸 바와 같이, 전극치(23a)는 소자 두께 방향(H)으로 기립하여 있다.
이러한 빗살 전극(23A)은 빗살 전극(13A)과 함께 구동 기구를 구성한다. 빗살 전극(13A, 23A)은 예를 들어 요동부(10)의 비동작시에는 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 서로 다른 높이에 위치한다. 또한, 빗살 전극(13A, 23A)은 요동부(10)의 요동 동작시에서 서로 맞닿지 않도록 그들의 전극치(13a, 23a)의 위치가 어긋난 양태로 배치되어 있다. 본 실시예에서는, 서로 이웃하는 2개의 전극치(13a) 사이의 거리는 전부 동일하고, 서로 이웃하는 2개의 전극치(23a) 사이의 거리는 전부 동일하며, 암부(12)의 연장 방향에서 2개의 전극치(23a) 사이에 위치하는 전극치(13a)는 2개의 전극치(23a) 사이의 중심에 위치한다.
빗살 전극(23B)은 빗살 전극(13B)과 협동하여 정전 인력을 발생하기 위한 부위로서, 복수의 전극치(23b)로 이루어진다. 복수의 전극치(23b)는 프레임(21)으로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부(12)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 또한, 빗살 전극(23B)은 주로 제 2 실리콘층에 유래하는 부위로서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 프레임(21)의 제 2 실리콘층 유래 부위에 고정되어 있다. 빗살 전극 (23B) 내지 전극치(23b)는 프레임(21)의 제 2 실리콘층 유래 부위를 통하여 빗살 전극(23A) 내지 전극치(23a)와 전기적으로 접속되어 있다. 본 실시예에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전극치(23b)의 연장 방향과 암부(12)의 연장 방향은 직교하고, 전극치(23b)의 연장 방향은 요동 축심(A1)에 대하여 평행이다. 또한, 본 실시예에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전극치(23b)의 폭은 균일하고, 전극치(23a)와 마찬가지로 전극치(23b)도 소자 두께 방향(H)으로 기립하여 있다.
이러한 빗살 전극(23B)은 빗살 전극(13B)과 함께 구동 기구를 구성한다. 빗살 전극(13B, 23B)은 예를 들어 요동부(10)의 비동작시에는 도 4에 나타낸 바와 같이, 서로 다른 높이에 위치한다. 또한, 빗살 전극(13B, 23B)은 요동부(10)의 요동 동작시에서 서로 맞닿지 않도록 그들의 전극치(13b, 23b)의 위치가 어긋난 양태로 배치되어 있다. 본 실시예에서는, 서로 이웃하는 2개의 전극치(13b) 사이의 거리는 전부 동일하고, 서로 이웃하는 2개의 전극치(23b) 사이의 거리는 전부 동일하며, 암부(12)의 연장 방향에서 2개의 전극치(23b) 사이에 위치하는 전극치(13b)는 2개의 전극치(23b) 사이의 중심에 위치한다.
도 5 및 도 6은 마이크로 미러 소자(X1)의 제조 방법의 일례를 나타낸다. 이 방법은 벌크 마이크로머시닝 기술에 의해 마이크로 미러 소자(X1)를 제조하기 위한 하나의 방법이다. 도 5 및 도 6에서는, 도 6의 (d)에 나타내는 미러 지지부(M), 암부(AR), 프레임(F1, F2), 토션바(T1, T2) 및 한 조의 빗살 전극(E1, E2)의 형성 과정을 하나의 단면 변화로서 나타낸다. 상기 하나의 단면은 가공이 실시되는 재료 기판(다층 구조를 갖는 웨이퍼)에서의 단일 마이크로 미러 소자 형성 구획 에 포함되는 복수의 소정 개소의 단면을 모델화하여 연속 단면으로서 나타낸 것이다. 미러 지지부(M)는 미러 지지부(11)의 일부에 상당한다. 암부(AR)는 암부(12)에 상당하고, 암부(12)의 횡단면을 나타낸다. 프레임(F1, F2)은 각각 프레임(21)에 상당하고, 프레임(21)의 횡단면을 나타낸다. 토션바(T1)는 토션바(22a)에 상당하고, 토션바(22a)의 연장 방향의 단면을 나타낸다. 토션바(T2)는 토션바(22a)에 상당하고, 토션바(22a)의 횡단면을 나타낸다. 빗살 전극(E1)은 빗살 전극(13A, 13B)의 일부에 상당하고, 전극치(13a, 13b)의 횡단면을 나타낸다. 빗살 전극(E2)은 빗살 전극(23A, 23B)의 일부에 상당하고, 전극치(23a, 23b)의 횡단면을 나타낸다.
마이크로 미러 소자(X1)의 제조에서는, 우선, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같은 재료 기판(100)을 준비한다. 재료 기판(100)은 실리콘층(101, 102)과, 상기 실리콘층(101, 102) 사이의 절연층(103)으로 이루어지는 적층 구조를 갖는 SOI 기판이다. 실리콘층(101, 102)은 불순물을 도핑함으로써, 도전성이 부여된 실리콘 재료로 이루어진다. 불순물로서는 B 등의 p형 불순물이나, P 및 Sb 등의 n형 불순물을 채용할 수 있다. 절연층(103)은 예를 들어 산화실리콘으로 이루어진다. 실리콘층(101)의 두께는 예를 들어 10㎛ 내지 100㎛이고, 실리콘층(102)의 두께는 예를 들어 50㎛ 내지 500㎛이며, 절연층(103)의 두께는 예를 들어 0.3㎛ 내지 3㎛이다.
다음에, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 실리콘층(101) 위에 미러면(11a)을 형성한다. 미러면(11a)의 형성에서는, 우선 스퍼터링법에 의해 실리콘층(101)에 대하여, 예를 들어 Cr(50㎚) 및 이것에 이어 Au(200㎚)을 성막한다. 다음에, 소정 의 마스크를 통하여 이들 금속막에 대하여 에칭 처리를 순차적으로 행함으로써, 미러면(11a)을 패턴 형성한다. Au에 대한 에칭액으로서는 예를 들어 요오드화칼륨-요오드수용액을 사용할 수 있다. Cr에 대한 에칭액으로서는 예를 들어 초산 제 2 세륨 암모늄 수용액을 사용할 수 있다.
다음에, 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같이, 실리콘층(101) 위에는 산화막 패턴(110) 및 레지스트 패턴(111)을 형성하고, 실리콘층(102) 위에 산화막 패턴(112)을 형성한다. 산화막 패턴(110)은 요동부(10)(미러 지지부(M), 암부(AR), 빗살 전극(E1)) 및 프레임(21)(프레임(F1, F2))에 대응하는 패턴 형상을 갖는다. 레지스트 패턴(111)은 양쪽 토션바(22a)(토션바(T1, T2))에 대응하는 패턴 형상을 갖는다. 또한, 산화막 패턴(112)은 프레임(21)(프레임(F1, F2)) 및 빗살 전극(23A, 23B)(빗살 전극(E2))에 대응하는 패턴 형상을 갖는다.
다음에, 도 5의 (d)에 나타낸 바와 같이, 산화막 패턴(110) 및 레지스트 패턴(111)을 마스크로서, DRIE(deep reactⅣe ion etching)에 의해 실리콘층(101)에 대하여 소정의 깊이까지 에칭 처리를 행한다. 소정의 깊이란, 토션바(T1, T2)의 두께에 상당하는 깊이로서, 예를 들어 5㎛이다. DRIE로는, 에칭과 측벽 보호를 교대로 행하는 Bosch 프로세스에서, 양호한 에칭 처리를 행할 수 있다. 후에 나오는 DRIE에 대해서도 이러한 Bosch 프로세스를 채용할 수 있다.
다음에, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 박리액을 작용시킴으로써 레지스트 패턴(111)을 박리한다. 박리액으로서는, 예를 들어 AZ 리무버(700)(클라리언트 재팬제)를 사용할 수 있다.
다음에, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 산화막 패턴(110)을 마스크로서, DRIE에 의해 토션바(T1, T2)를 잔존 형성하면서 실리콘층(101)에 대하여 절연층(103)에 이르기까지 에칭 처리를 행한다. 본 에칭 처리에 의해, 요동부(10)(미러 지지부(M), 암부(AR), 빗살 전극(E1)), 양쪽 토션바(22a)(토션바(T1, T2)) 및 프레임(21)(프레임(F1, F2))의 일부가 성형된다.
다음에, 도 6의 (c)에 나타낸 바와 같이, 산화막 패턴(112)을 마스크로서, DRIE에 의해 실리콘층(102)에 대하여 절연층(103)에 이르기까지 에칭 처리를 행한다. 본 에칭 처리에 의해, 프레임(21)(프레임(F1, F2))의 일부 및 빗살 전극(23A, 23B)(빗살 전극(E2))이 성형된다.
다음에, 도 6의 (d)에 나타낸 바와 같이, 절연층(103)에서 노출되어 있는 개소 및 산화막 패턴(110, 112)을 에칭 제거한다. 에칭 수법으로서는 건식 에칭 또는 습식 에칭을 채용할 수 있다. 건식 에칭을 채용하는 경우, 에칭 가스로서는 예를 들어 CF4이나 CHF3 등을 채용할 수 있다. 습식 에칭을 채용하는 경우, 에칭액으로서는 예를 들어 불산과 불화 암모늄으로 이루어지는 버퍼드 불산(BHF)을 사용할 수 있다.
이상의 일련의 공정을 거침으로써, 미러 지지부(M), 암부(AR), 프레임(F1, F2), 토션바(T1, T2) 및 한 조의 빗살 전극(E1, E2)을 성형하여 마이크로 미러 소자(X1)를 제조할 수 있다.
마이크로 미러 소자(X1)에서는, 빗살 전극(13A, 13B, 23A, 23B)에 대하여 필 요에 따라 소정의 전위를 부여함으로써, 요동부(10) 내지 미러 지지부(11)를 요동 축심(A1) 주위로 회전 변위시킬 수 있다. 빗살 전극(13A, 13B)에 대한 전위 부여는 프레임(21)의 제 1 실리콘층 유래 부위, 양쪽 토션바(22a) 및 암부(12)를 통하여 실현할 수 있다. 빗살 전극(13A, 13B)은 예를 들어 그라운드 접속된다. 한편, 빗살 전극(23A, 23B)에 대한 전위 부여는 프레임(21)의 제 2 실리콘층 유래 부위를 통하여 실현할 수 있다. 프레임(21)의 제 2 실리콘층 유래 부위와, 프레임(21)의 제 1 실리콘층 유래 부위는 절연층(예를 들어, 상술한 절연층(103))에 의해 전기적으로 분리되어 있다.
빗살 전극(13A, 13B, 23A, 23B)의 각각에 소정의 전위를 부여함으로써 빗살 전극(13A, 23A) 사이 및 빗살 전극(13B, 23B) 사이에 원하는 정전 인력을 발생시키면, 빗살 전극(13A)은 빗살 전극(23A)에 끌어 당겨지고, 또한 빗살 전극(13B)은 빗살 전극(23B)에 끌어 당겨진다. 그 때문에, 요동부(10) 내지 미러 지지부(11)는 요동 축심(A1) 주위로 요동 동작하고, 상기 정전 인력과 각 토션바(22a)의 비틀림 저항력의 총합이 균형 잡히는 각도까지 회전 변위된다. 균형 상태에서는, 빗살 전극(13A, 23B)은 예를 들어 도 7에 나타내는 배향을 취하고, 빗살 전극(13B, 23B)도 동일한 배향을 취한다. 이러한 요동 동작에서의 회전 변위량은 빗살 전극(13A, 13B, 23A, 23B)으로의 부여 전위를 조정함으로써 조절할 수 있다. 또한, 빗살 전극(13A, 23A) 사이의 정전 인력 및 빗살 전극(23A, 23B) 사이의 정전 인력을 소멸시키면, 각 토션바(22a)는 그 자연 상태로 복귀하고, 요동부(10) 내지 미러 지지부(11)는 도 3에 나타낸 바와 같은 배향을 취한다. 이상과 같은 요동부(10) 내지 미 러 지지부(11)의 요동 구동에 의해, 미러 지지부(11) 위에 설치된 미러면(11a)에 의해 반사되는 광의 반사 방향을 적절하게 전환할 수 있다.
마이크로 미러 소자(X1)에서는, 빗살 전극(13A)의 복수의 전극치(13a)는 미러 지지부(11)로부터 연장 돌출되는 암부(12)의 연장 방향으로 서로 격리되어 암부(12)에 지지되어 있고, 또한 빗살 전극(23A)의 복수의 전극치(23a)는 암부(12)의 연장 방향으로 서로 격리되어 프레임(21)에 지지되어 있다. 한편, 빗살 전극(13B)의 복수의 전극치(13b)는 미러 지지부(11)로부터 연장 돌출되는 암부(12)의 연장 방향으로 서로 격리되어 암부(12)에 지지되어 있고, 또한 빗살 전극(23B)의 복수의 전극치(23b)는 암부(12)의 연장 방향으로 서로 격리되어 프레임(21)에 지지되어 있다. 이들 전극치(13a, 13b, 23a, 23b)는 미러 지지부(11)에 직접적으로는 지지되어 있지 않다. 그 때문에, 한 조의 빗살 전극(13A, 23A)을 구성하는 전극치(13a, 23a)의 수, 및 한 조의 빗살 전극(13B, 23B)을 구성하는 전극치(13b, 23b)의 수는 암부(12)의 연장 방향에 대하여 직교하는 요동 축심(A1)의 연장 방향에서의 미러 지지부(11)의 길이에 의한 제약을 받지 않는다.
따라서, 마이크로 미러 소자(X1)에서는, 요동 축심(A1) 방향에서의 미러 지지부(11)의 설계 치수에 관계없이 원하는 수의 전극치(13a, 13b, 23a, 23b)를 설치함으로써, 전극치(13a, 23a)들이 대향 가능한 면적 및 전극치(13b, 23b)들이 대향 가능한 면적을 확보할 수 있다. 마이크로 미러 소자(X1)에서는 예를 들어 한 조의 빗살 전극(13A, 23A)에서 전극치(13a, 23a)들이 대향 가능한 면적을 확보하는 데에 있어서, 전극치(13a, 23a)의 기계적 강도에 지장을 가져올 정도로 전극치(13a, 23a)에 대해서 폭을 단축하거나 연장 돌출 길이를 증대할 필요는 없고, 또한 소자의 제조 과정에 결함이 발생할 정도로 전극치간 갭을 단축할 필요는 없다.
이와 같이, 마이크로 미러 소자(X1)는 요동 축심(A1) 방향에서의 미러 지지부(11)의 설계 치수에 관계없이 원하는 수의 전극치(13a, 13b, 23a, 23b)를 설치함으로써 요동부(10)의 요동 동작을 위한 구동력을 확보하면서, 요동 축심(A1) 방향에서의 미러 지지부(11)에 따라 소자 전체의 설계 치수를 짧게 설정함으로써 소형화를 도모하는 데에 적합하다.
도 8은 마이크로 미러 소자(X1)의 제 1 변형예의 평면도이다. 본 변형예에서는, 암부(12)의 연장 방향에서 서로 이웃하는 2개의 전극치(23a) 사이에 위치하는 전극치(13a)는 상기 2개의 전극치(23a) 사이의 중심 위치로부터 요동 축심(A1)에 가까워지는 쪽으로 편위되어 있든지, 또는 암부(12)의 연장 방향에서 서로 이웃하는 2개의 전극치(13a) 사이에 위치하는 전극치(23a)는 상기 2개의 전극치(13a) 사이의 중심 위치로부터, 요동 축심(A1)으로부터 멀어지는 쪽으로 편위되어 있다. 이와 함께, 암부(12)의 연장 방향에서 서로 이웃하는 2개의 전극치(23b) 사이에 위치하는 전극치(13b)는 상기 2개의 전극치(23b) 사이의 중심 위치로부터 요동 축심(A1)에 가까워지는 쪽으로 편위되어 있든지, 또는 암부(12)의 연장 방향에서 서로 이웃하는 2개의 전극치(13b) 사이에 위치하는 전극치(23b)는 상기 2개의 전극치(13b) 사이의 중심 위치로부터, 요동 축심(A1)으로부터 멀어지는 쪽으로 편위되어 있다.
도 9는 마이크로 미러 소자(X1)의 제 2 변형예의 평면도이다. 본 변형예에 서는, 암부(12)의 연장 방향에서 서로 이웃하는 2개의 전극치(23a) 사이에 위치하는 전극치(13a)는 상기 2개의 전극치(23a) 사이의 중심 위치로부터, 요동 축심(A1)으로부터 멀어지는 쪽으로 편위되어 있든지, 또는 암부(12)의 연장 방향에서 서로 이웃하는 2개의 전극치(13a) 사이에 위치하는 전극치(23a)는 상기 2개의 전극치(13a) 사이의 중심 위치로부터 요동 축심(A1)에 가까워지는 쪽으로 편위되어 있다. 이와 함께, 암부(12)의 연장 방향에서 서로 이웃하는 2개의 전극치(23b) 사이에 위치하는 전극치(13b)는 상기 2개의 전극치(23b) 사이의 중심 위치로부터, 요동 축심(A1)으로부터 멀어지는 쪽으로 편위되어 있든지, 또는 암부(12)의 연장 방향에서 서로 이웃하는 2개의 전극치(13b) 사이에 위치하는 전극치(23b)는 상기 2개의 전극치(13b) 사이의 중심 위치로부터 요동 축심(A1)에 가까워지는 쪽으로 편위되어 있다.
제 1 및 제 2 변형예의 구성은 한 조의 빗살 전극(13A, 23A) 및 한 조의 빗살 전극(13B, 23B)에서, 소자 구동시에 소위 pull-in 현상의 발생을 억제하는 데에 바람직한 경우가 있다. 소자 구동 시에는 상술한 바와 같이 빗살 전극(13A, 23A) 사이 및 빗살 전극(13B, 23B) 사이에 원하는 정전 인력이 발생하여 빗살 전극(13A)은 빗살 전극(23A)에 끌어 당겨지고, 또한 빗살 전극(13B)은 빗살 전극(23B)에 끌어 당겨진다. 빗살 전극(13A, 23A)이 도 1, 3, 4에 나타내는 구조를 갖는 마이크로 미러 소자(X1)에서는 빗살 전극(13A)이 빗살 전극(23A)에 끌어 당겨진 상태에서, 소자 두께 방향(H)에서의 요동 축심(A1)의 위치에 따라서는 하나의 전극치(13a)와 요동 축심(A1)에 대하여 상기 전극치(13a)보다도 외측에서 상기 전극치 (13a)와 서로 이웃하는 전극치(23a)의 거리가 요동 축심(A1)에 대하여 상기 전극치(13a)보다도 내측에서 상기 전극치(13a)와 서로 이웃하는 다른 전극치(23a)와 상기 전극치(13a)의 거리보다도 짧은 경우나 긴 경우가 있다. 짧은 경우, 전극치(13a)와 외측 전극치(23a) 사이의 정전 인력(제 1 정전 인력)은 전극치(13a)와 내측 전극치(23a) 사이의 정전 인력(제 2 정전 인력)보다도 큰 경향이 있다. 제 1 정전 인력이 제 2 정전 인력보다 소정 이상으로 크면, 전극치(13a)와 외측 전극치(23a)가 부당하게 서로 끌어 pull-in 현상이 생기기 쉽다. 제 2 정전 인력이 제 1 정전 인력보다 소정 이상으로 크면, 전극치(13a)와 내측 전극치(23a)가 부당하게 서로 끌어 pull-in 현상이 생기기 쉽다. 마찬가지로, 빗살 전극(13B, 23B)이 도 1, 4에 나타내는 구조를 갖는 마이크로 미러(X1)에서는, 상기 빗살 전극(13B, 23B)에서 pull-in 현상이 발생해 버리는 경우가 있다. pull-in 현상의 발생은 소자의 요동 특성을 저해하므로 바람직하지 못하다.
이것에 대하여, 암부(12)의 연장 방향에서 서로 이웃하는 2개의 전극치(23a) 사이에 위치하는 전극치(13a)가, 요동부(10)가 회전 변위되지 않는 상태에서는, 상기 2개의 전극치(23a) 사이의 중심 위치로부터 내측 또는 외측 전극치(23a) 쪽으로 편위되어 있는 제 1 또는 제 2 변형예에서는, 소자 두께 방향(H)에서의 요동 축심(A1)의 위치에 따라 상기 편위량을 적절히 설정함으로써, 요동부(10)가 회전 변위되어 빗살 전극(13A)이 빗살 전극(23A, 23B)에 끌어 당겨진 상태에서의 하나의 전극치(13a)와 외측 전극치(23a)의 거리 및 상기 전극치(13a)와 내측 전극치(23a)의 거리를 실질적으로 동일하게 할 수 있는 경우가 있다. 이 경우, 빗살 전극(13A, 23A)에서 pull-in 현상의 발생을 억제할 수 있다. 마찬가지로, 제 1 및 제 2 변형예의 구성에 의하면, 빗살 전극(13B, 23B)에서 pull-in 현상의 발생을 억제할 수 있는 경우가 있다.
도 10은 마이크로 미러 소자(X1)의 제 3 변형예의 평면도이다. 본 변형예에서는, 암부(12)의 연장 방향에서의 암부(12)의 치수 및 프레임(21)의 치수가 증대되고, 서로 이웃하는 2개의 전극치(13a) 사이의 거리, 서로 이웃하는 2개의 전극치(13b) 사이의 거리, 서로 이웃하는 2개의 전극치(23a) 사이의 거리 및 서로 이웃하는 2개의 전극치(23b) 사이의 거리는 요동 축심(A1)으로부터 멀수록 길다.
전극치(13a, 13b)는 요동 축심(A1)으로부터 멀수록 요동부(10)의 요동 동작시에서의 전극치 격리 방향(암부(12)의 연장 방향)의 변위량이 큰바, 본 변형예는 소자 구동시에 요동부(10)가 회전 변위되어 빗살 전극(13A, 13B)이 각각 빗살 전극(23A, 23B)에 끌어 당겨진 상태에서, 전극치(13a, 23a) 사이의 거리를 전부 동일하게 하는 데에 적합하고, 전극치(13b, 23b) 사이의 거리를 전부 동일하게 하는 데에 적합하다. 소자 구동시에서의 전극치(13a, 23a) 사이의 거리를 전부 동일하게 함으로써, 소자 구동시에서 빗살 전극(13A, 23A) 사이의 전체에 걸쳐 균등화된 정전 인력을 발생시킬 수 있다. 마찬가지로, 소자 구동시에서의 전극치(13b, 23b) 사이의 거리를 전부 동일하게 함으로써, 소자 구동시에서 빗살 전극(13B, 23B) 사이의 전체에 걸쳐 균등화된 정전 인력을 발생시킬 수 있다.
도 11은 마이크로 미러 소자(X1)의 제 4 변형예의 평면도이다. 본 변형예에서는, 빗살 전극(13A, 13B)의 복수의 전극치(13a, 13b)의 연장 방향 및 빗살 전극 (23A, 23B)의 복수의 전극치(23a, 23b)의 연장 방향은 암부(12)의 연장 방향과는 직교하지 않고, 전극치(13a, 23a)의 연장 방향은 서로 평행하고, 전극치(13b, 23b)의 연장 방향은 서로 평행하다. 전극치(13a, 13b, 23a, 23b)의 연장 방향과 암부(12)의 연장 방향이 이루는 예각은 예를 들어 45°이다. 마이크로 미러 소자(X1)는 이러한 구조의 빗살 전극(13A, 13A, 23A, 23B)을 갖고 있을 수도 있다.
도 12는 마이크로 미러 소자(X1)의 제 5 변형예의 평면도이다. 본 변형예에서는, 전극치(13a, 13b)의 양측면이 암부(12)의 측면에 대하여 비수직이고, 전극치(13a, 13b)의 폭은 암부(12)로부터 멀어질수록 작다. 이와 함께, 전극치(23a, 23b)의 양측면이 프레임(21)의 측면에 대하여 비수직이고, 전극치(23a, 23b)의 폭은 프레임(21)으로부터 멀어질수록 작다.
이러한 구성은 소자 구동시에 요동부(10)가 회전 변위되어 빗살 전극(13A, 13B)이 각각 빗살 전극(23A, 23B)에 끌어 당겨진 상태에서, 전극치(13a, 23a) 사이나 전극치(13b, 23b) 사이가 과도하게 근접하는 것을 회피하는 데에 적합하다. 소자 구동시에 전극치(13a, 23a) 사이가 과도하게 근접하는 것을 회피함으로써, 소자 구동시에 빗살 전극(13A, 23A)에서 pull-in 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 마찬가지로, 소자 구동시에 전극치(13b, 23b) 사이가 과도하게 근접하는 것을 회피함으로써, 소자 구동시에 빗살 전극(13B, 23B)에서 pull-in 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 13은 마이크로 미러 소자(X1)의 제 6 변형예의 평면도이다. 본 변형예에서는, 전극치(13a, 13b)의 미러 지지부(11) 측을 향하는 측면이 암부(12)의 측면에 대하여 수직이고, 전극치(13a, 13b)의 다른 쪽 측면이 암부(12)의 측면에 대하여 비수직이며, 전극치(13a, 13b)의 폭은 암부(12)로부터 멀어질수록 작다. 이와 함께, 전극치(23a, 23b)의 미러 지지부(11) 측을 향하는 측면이 프레임(21)의 측면에 대하여 비수직이고, 전극치(23a, 23b)의 다른 쪽 측면이 프레임(21)의 측면에 대하여 수직이며, 전극치(23a, 23b)의 폭은 프레임(21)으로부터 멀어질수록 작다.
이러한 구성은 소자 구동시에 요동부(10)가 회전 변위되어 빗살 전극(13A, 13B)이 각각 빗살 전극(23A, 23B)에 끌어 당겨진 상태에서, 특히 전극치(13a)와 외측 전극치(23a) 사이나 전극치(13b)와 외측 전극치(23b) 사이가 과도하게 근접하는 것을 회피하는 데에 적합하다.
도 14는 마이크로 미러 소자(X1)의 제 7 변형예의, 도 1의 선 Ⅲ-Ⅲ에 상당하는 단면도이다. 본 변형예에서는, 요동부(10)의 비동작시에는 전극치(13a)의 기립 방향은 소자 두께 방향(H)에 대하여 경사져 있다. 구체적으로는, 전극치(13a)는 전극치(23a)에 가까워질수록 미러 지지부(11)에 가까워지도록 경사져 있다. 이와 함께, 전극치(23a)는 전극치(13a)에 가까워질수록 미러 지지부(11)로부터 멀어지도록 경사져 있다. 본 변형예에서는, 전극치(13b, 23b)도 전극치(13a, 23a)와 마찬가지로 경사져 있다.
요동부(10)의 비동작시에서의 빗살 전극(23A)에 대한 빗살 전극(13A)의 배향과, 요동부(10)가 회전 변위되어 빗살 전극(13A)이 빗살 전극(23A)에 끌어 당겨진 상태에서의 빗살 전극(23A)에 대한 빗살 전극(13A)의 배향은 다르다. 빗살 전극(13A, 23A)이 도 1, 3, 4에 나타내는 구조를 갖는 경우, 이 배향의 변화는 비교적 크다. 이것에 대하여, 본 변형예의 빗살 전극(13A, 23A)은 빗살 전극(13A)이 빗살 전극(23A)에 끌어 당겨질 때에 전극치(13a)가 경사지는 방향으로 미리 경사져 있는 전극치(13a, 23a)를 가지므로, 비동작시와 동작시 사이에서의 배향의 변화는 비교적 작다. 마찬가지로, 본 변형예의 빗살 전극(13B, 23B)도 빗살 전극(13B)이 빗살 전극(23B)에 끌어 당겨질 때에 전극치(13b)가 경사지는 방향으로 미리 경사져 있는 전극치(13b, 23b)를 가지므로, 비동작시와 동작시 사이에서의 배향의 변화는 비교적 작다. 이러한 배향 변화의 억제는 빗살 전극(13A, 23A) 사이 및 빗살 전극(13B, 23B) 사이에서 안정된 정전 인력을 발생시키는 데에 바람직하다.
도 15 내지 도 18은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로 미러 소자(X2)를 나타낸다. 도 15는 마이크로 미러 소자(X2)의 평면도이고, 도 16은 마이크로 미러 소자(X2)의 일부 생략 평면도이며, 도 17 및 도 18은 각각, 도 15의 선 XⅦ-XⅦ 및 선 XⅧ-XⅧ을 따른 단면도이다.
마이크로 미러 소자(X2)는 요동부(10)와, 프레임(24)과, 비틀어짐 연결부(22)와, 빗살 전극(23A, 23B)을 구비한다. 마이크로 미러 소자(X2)는 프레임(21) 대신에 프레임(24)을 구비하는 점에서, 마이크로 미러 소자(X1)와 다르다. 또한, 마이크로 미러 소자(X2)는 마이크로 미러 소자(X1)에 관하여 상술한 바와 같이 MEMS 기술을 이용하여 SOI 기판인 재료 기판에 대하여 가공을 실시함으로써 제조된 것이다. 상기 재료 기판은 제 1 및 제 2 실리콘층 및 상기 실리콘 층간의 절연층으로 이루어지는 적층 구조를 갖고, 각 실리콘층은 불순물의 도핑에 의해 소정의 도전성이 부여되어 있다. 도면의 명확한 관점으로부터, 도 15에서는, 제 1 실리콘 층에 유래하여 절연층으로부터 지면 전방 방향으로 돌출하는 부위에 대해서 사선 해칭을 더하여 나타낸다. 또한, 도 16은 마이크로 미러 소자(X2)에서 제 2 실리콘층에 유래하는 구조를 나타낸다.
프레임(24)은 주로 제 1 및 제 2 실리콘층에 유래하는 부위로서, 요동부(10)를 둘러싸는 형상을 갖는다. 프레임(24)에서 제 2 실리콘층에 유래하는 부위는, 도 16에 나타낸 바와 같이, 제 1 부위(24a) 및 제 2 부위(24b)에 구조적으로 분리되어 있다. 본 실시예에서는, 제 1 부위(24a) 및 제 2 부위(24b)는 전기적으로도 분리되어 있다.
비틀어짐 연결부(22)는 제 1 실리콘층에 유래하여 성형된 한 쌍의 토션바(22a)로 이루어지고, 각 토션바(22a)는 요동부(10)의 암부(12)와 프레임(24)에서의 제 1 실리콘층 유래 부위에 접속하여 이들을 연결한다. 또한, 토션바(22a)는 소자 두께 방향(H)에서, 도 17에 나타낸 바와 같이, 암부(12)보다도 얇고, 프레임(21)의 제 1 실리콘층 유래 부위보다도 얇다.
빗살 전극(23A)은 요동부(10)의 빗살 전극(13A)과 협동하여 정전 인력을 발생하기 위한 부위로서, 프레임(24)으로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부(12)의 연장 방향으로 서로 격리되는 복수의 전극치(23a)로 이루어진다. 전극치(23a)는 주로 제 2 실리콘층에 유래하는 부위로서, 도 16에 나타낸 바와 같이, 프레임(24)의 제 1 부위(24a)에 고정되어 있다. 이러한 빗살 전극(23A)은 빗살 전극(13A)과 함께 구동 기구를 구성한다.
빗살 전극(23B)은 빗살 전극(13B)과 협동하여 정전 인력을 발생하기 위한 부 위로서, 프레임(24)으로부터 연장 돌출되는 복수의 전극치(23b)로 이루어진다. 전극치(23b)는 주로 제 2 실리콘층에 유래하는 부위로서, 도 16에 나타낸 바와 같이, 프레임(24)의 제 2 부위(24b)에 고정되어 있다. 프레임(24)의 제 2 부위(24b)는 제 1 부위(24a)와는 구조적이고 전기적으로 분리되어 있으므로, 빗살 전극(23B) 내지 전극치(23b)는 제 1 부위(24a)에 고정되어 있는 빗살 전극(23A) 내지 전극치(23a)는 전기적으로 분리되어 있다. 이러한 빗살 전극(23B)은 빗살 전극(13B)과 함께 구동 기구를 구성한다.
마이크로 미러 소자(X2)에서의 요동부(10)의 구성, 비틀어짐 연결부(22)의 다른 구성 및 빗살 전극(23A, 23B)의 다른 구성에 대해서는 제 1 실시예에서의 요동부(10), 비틀어짐 연결부(22) 및 빗살 전극(23A, 23B)에 관하여 상술한 바와 같다.
마이크로 미러 소자(X2)에서는, 빗살 전극(13A, 13B, 23A, 23B)에 대하여 필요에 따라 소정의 전위를 부여함으로써, 요동부(10) 내지 미러 지지부(11)를 요동 축심(A1) 주위로 회전 변위시킬 수 있다. 빗살 전극(13A, 13B)에 대한 전위 부여는 프레임(24)의 제 1 실리콘층 유래 부위, 양쪽 토션바(22a) 및 암부(12)를 통하여 실현할 수 있다. 빗살 전극(13A, 13B)은 예를 들어 그라운드 접속된다. 한편, 빗살 전극(23A, 23B)에 대한 전위 부여는 각각 프레임(24)의 제 1 부위(24a) 및 제 2 부위(24b)를 통하여 실현할 수 있다. 요동 동작에서의 회전 변위량은 빗살 전극(13A, 13B, 23A, 23B)으로의 부여 전위를 조정함으로써 조절할 수 있다. 이러한 요동부(10) 내지 미러 지지부(11)의 요동 구동에 의해 미러 지지부(11) 위에 설치 된 미러면(11a)에 의해 반사되는 광의 반사 방향을 적절하게 전환할 수 있다.
마이크로 미러 소자(X2)에서는, 빗살 전극(23A)에 부여하는 전위와 빗살 전극(23B)에 부여하는 전위를 다르게 함으로써, 빗살 전극(13A, 23A) 사이에 생기는 정전 인력과, 빗살 전극(13B, 23B) 사이에 생기는 정전 인력을 다르게 할 수 있다. 그 때문에, 요동부(10) 내지 미러 지지부(11)에 대해서 회전 축심(A1) 주위의 회전 변위 이외의 회전 변위량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 회전 축심(A1)과 교차하는 축심(도 18에 나타내는, 예를 들어 축심(A1')) 주위의 요동부(10) 내지 미러 지지부(11)의 회전 변위량을 조절할 수 있다. 따라서, 마이크로 미러 소자(X2)에서는 회전 축심(A1)에 대하여 미러면(11a)이 항상 평행이 되도록 요동부(10) 내지 미러 지지부(11)의 자세를 제어할 수 있다. 이러한 자세 조정 기구는 고정밀도의 광반사 기능을 실현하는 데에 적합하다.
또한, 마이크로 미러 소자(X2)에서는 한 조의 빗살 전극(13A, 23A)을 구성하는 전극치(13a, 23a)의 수, 및 한 조의 빗살 전극(13B, 23B)을 구성하는 전극치(13b, 23b)의 수는 암부(12)의 연장 방향에 대하여 직교하는 요동 축심(A1)의 연장 방향에서의 미러 지지부(11)의 길이에 의한 제약을 받지 않는다. 따라서, 마이크로 미러 소자(X2)에서는, 요동 축심(A1) 방향에서의 미러 지지부(11)의 설계 치수에 관계없이 원하는 수의 전극치(13a, 13b, 23a, 23b)를 설치함으로써, 전극치(13a, 23a)들이 대향 가능한 면적 및 전극치(13b, 23b)들이 대향 가능한 면적을 확보할 수 있다. 이와 같이, 마이크로 미러 소자(X2)는 마이크로 미러 소자(X1)에 관하여 상술한 바와 같이, 요동 축심(A1) 방향에서의 미러 지지부(11)의 설계 치수 에 관계없이 원하는 수의 전극치(13a, 13b, 23a, 23b)를 설치함으로써 요동부(10)의 요동 동작을 위한 구동력을 확보하면서, 요동 축심(A1) 방향에서의 미러 지지부(11)에 따라 소자 전체의 설계 치수를 짧게 설정함으로써 소형화를 도모하는 데에 적합하다.
도 19 내지 도 23은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 마이크로 미러 소자(X3)를 나타낸다. 도 19는 마이크로 미러 소자(X3)의 평면도이고, 도 20은 마이크로 미러 소자(X3)의 일부 생략 평면도이며, 도 21 내지 도 23은 각각, 도 19의 선 XXI-XXI, 선 XXⅡ-XXⅡ 및 선 XXⅢ-XXⅢ을 따른 단면도이다.
마이크로 미러 소자(X3)는 요동부(10')와, 프레임(25)과, 비틀어짐 연결부(22)와, 빗살 전극(23A, 23B)을 구비한다. 마이크로 미러 소자(X3)는 요동부(10) 대신에 요동부(10')를 구비하는 점, 및 프레임(21) 대신에 프레임(25)을 구비하는 점에서, 마이크로 미러 소자(X1)와 다르다. 또한, 마이크로 미러 소자(X3)는 마이크로 미러 소자(X1)에 관하여 상술한 바와 같이 MEMS 기술을 이용하여 SOI 기판인 재료 기판에 대하여 가공을 실시함으로써 제조된 것이다. 상기 재료 기판은 제 1 및 제 2 실리콘층 및 상기 실리콘 층간의 절연층으로 이루어지는 적층 구조를 갖고, 각 실리콘층은 불순물의 도핑에 의해 소정의 도전성이 부여되어 있다. 도면의 명확한 관점으로부터, 도 19에서는, 제 1 실리콘층에 유래하여 절연층으로부터 지면 전방 방향으로 돌출하는 부위에 대해서 사선 해칭을 더하여 나타낸다. 또한, 도 20은 마이크로 미러 소자(X3)에서 제 2 실리콘층에 유래하는 구조를 나타낸다.
요동부(10')는 미러 지지부(11)와, 암부(14, 15)와, 빗살 전극(13A, 13B)을 갖고, 암부(12) 대신에 암부(14, 15)를 갖는 점에서 요동부(10)와 다르다.
암부(14)는 주로 제 1 실리콘층에서 성형된 주부(主部)(14a)와, 주로 제 2 실리콘층에서 성형된 기단부(基端部)(14b)를 갖고, 미러 지지부(11)로부터 연장 돌출된다. 암부(14)의 주부(14a)는 기단부(14b)를 통하여 미러 지지부(11)에 연결되어 있다.
암부(15)는 주로 제 1 실리콘층에 유래하는 부위로서, 암부(14)와 동일한 방향으로 미러 지지부(11)로부터 연장 돌출된다. 또한, 암부(15)는 암부(14)와는 구조적으로 분리되어 있다. 본 실시예에서는, 암부(15)는 암부(14)의 주부(14a)와는 전기적으로도 분리되어 있다. 이러한 암부(15)와 암부(14) 사이의 격리 거리는 예를 들어 15㎛ 내지 50㎛이다.
빗살 전극(13A)은 복수의 전극치(13a)로 이루어진다. 복수의 전극치(13a)는 암부(14)의 주부(14a)로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부(14)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 빗살 전극(13B)은 복수의 전극치(13b)로 이루어진다. 복수의 전극치(13b)는 전극치(13a)와는 반대 측에 암부(15)로부터 연장 돌출되고, 또한 암부(15)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 전극치(13a, 13b)는 주로 제 1 실리콘층에 유래하는 부위이다. 본 실시예에서는, 도 19에 나타낸 바와 같이, 전극치(13a)의 연장 방향과 암부(14)의 연장 방향은 직교하고, 또한 전극치(13b)의 연장 방향과 암부(15)의 연장 방향은 직교한다. 암부(14)의 주부(14a)는 암부(15)와는 전기적으로 분리되어 있으므로, 주부(14a)에 고정되어 있는 빗살 전극(13A) 내지 전극치(13a)는 암부(15)에 고정되어 있는 빗살 전극(13B) 내지 전극치(13b)는 전기적으 로 분리되어 있다.
요동부(10')에서의 미러 지지부(11)의 구성 및 빗살 전극(13A, 13B)의 다른 구성에 대해서는, 제 1 실시예에서의 미러 지지부(11) 및 빗살 전극(13A, 13B)에 관하여 상술한 바와 같다.
프레임(25)은 주로 제 1 및 제 2 실리콘층에 유래하는 부위로서, 요동부(10')를 둘러싸는 형상을 갖는다. 프레임(25)에서 제 1 실리콘층에 유래하는 부위는 도 19 및 도 23에 나타낸 바와 같이, 제 1 부위(25a) 및 제 2 부위(25b)에 구조적으로 분리되어 있다. 본 실시예에서는, 제 1 부위(25a) 및 제 2 부위(25b)는 전기적으로도 분리되어 있다.
비틀어짐 연결부(22)는 제 1 실리콘층에 유래하여 성형된 한 쌍의 토션바(22a)로 이루어진다. 한쪽 토션바(22a)는 요동부(10')의 암부(14)의 주부(14a)와 프레임(25)의 제 1 부위(25a)에 접속하여 이들을 연결한다. 이 토션바(22a)에 의해, 제 1 부위(25a)와 주부(14a)는 전기적으로 접속된다. 또한, 이 토션바(22a)는 소자 두께 방향(H)에서, 도 21에 나타낸 바와 같이, 주부(14a)보다도 얇고, 제 1 부위(25a)보다도 얇다. 다른 쪽 토션바(22a)는 요동부(10')의 암부(15)와 프레임(25)의 제 2 부위(25b)에 접속하여 이들을 연결한다. 이 토션바(22a)에 의해, 제 2 부위(25b)와 암부(15)는 전기적으로 접속된다. 또한, 이 토션바(22a)는 소자 두께 방향(H)에서 암부(15) 및 제 2 부위(25b)보다도 얇다.
빗살 전극(23A)은 요동부(10')의 빗살 전극(13A)과 협동하여 정전 인력을 발생하기 위한 부위로서, 복수의 전극치(23a)로 이루어진다. 복수의 전극치(23a)는 프레임(25)으로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부(14)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 전극치(23a)는 주로 제 2 실리콘층에 유래하는 부위로서, 도 20에 나타낸 바와 같이, 프레임(25)의 제 2 실리콘층 유래 부위에 고정되어 있다. 이러한 빗살 전극(23A)은 빗살 전극(13A)과 함께 구동 기구를 구성한다.
빗살 전극(23B)은 빗살 전극(13B)과 협동하여 정전 인력을 발생하기 위한 부위로서, 복수의 전극치(23b)로 이루어진다. 복수의 전극치(23b)는 프레임(25)으로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부(15)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 전극치(23b)는 주로 제 2 실리콘층에 유래하는 부위로서, 도 20에 나타낸 바와 같이, 프레임(25)의 제 2 실리콘층 유래 부위에 고정되어 있다. 빗살 전극(23B)은 프레임(25)의 제 2 실리콘층 유래 부위를 통하여 빗살 전극(23A)과 전기적으로 접속되어 있다. 이러한 빗살 전극(23B)은 빗살 전극(13B)과 함께 구동 기구를 구성한다.
마이크로 미러 소자(X3)에서의 비틀어짐 연결부(22)의 다른 구성 및 빗살 전극(23A, 23B)의 다른 구성에 대해서는, 제 1 실시예에서의 비틀어짐 연결부(22) 및 빗살 전극(23A, 23B)에 관하여 상술한 바와 같다.
마이크로 미러 소자(X3)에서는, 빗살 전극(13A, 13B, 23A, 23B)에 대하여 필요에 따라 소정의 전위를 부여함으로써, 요동부(10') 내지 미러 지지부(11)를 요동 축심(A1) 주위로 회전 변위시킬 수 있다. 빗살 전극(13A)에 대한 전위 부여는 프레임(25)의 제 1 부위(25a), 한쪽 토션바(22a) 및 암부(14)의 주부(14a)를 통하여 실현할 수 있다. 빗살 전극(13B)에 대한 전위 부여는 프레임(25)의 제 2 부위(25b), 다른 쪽 토션바(22a) 및 암부(15)를 통하여 실현할 수 있다. 또한, 빗살 전극(23A, 23B)에 대한 전위 부여는 프레임(25)의 제 2 실리콘층 유래 부위를 통하여 실현할 수 있다. 빗살 전극(23A, 23B)은 예를 들어 그라운드 접속된다. 프레임(25)의 제 2 실리콘층 유래 부위와, 프레임(25)의 제 1 실리콘층 유래 부위(제 1 부위(25a), 제 2 부위(25b))는 절연층에 의해 전기적으로 분리되어 있다. 요동 동작에서의 회전 변위량은 빗살 전극(13A, 13B, 23A, 23B)으로의 부여 전위를 조정함으로써 조절할 수 있다. 이러한 요동부(10') 내지 미러 지지부(11)의 요동 구동에 의해, 미러 지지부(11) 위에 설치된 미러면(11a)에 의해 반사되는 광의 반사 방향을 적절하게 전환할 수 있다.
마이크로 미러 소자(X3)에서는, 빗살 전극(13A)에 부여하는 전위와 빗살 전극(13B)에 부여하는 전위를 다르게 함으로써, 빗살 전극(13A, 23A) 사이에 생기는 정전 인력과, 빗살 전극(13B, 23B) 사이에 생기는 정전 인력을 다르게 할 수 있다.
그 때문에, 요동부(10') 내지 미러 지지부(11)에 대해서 회전 축심(A1) 주위의 회전 변위 이외의 회전 변위량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 회전 축심(A1)과 교차하는 축심(도 22에 나타내는, 예를 들어 축심(A1')) 주위의 요동부(10') 내지 미러 지지부(11)의 회전 변위량을 조절할 수 있다. 따라서, 마이크로 미러 소자(X3)에서는 회전 축심(A1)에 대하여 미러면(11a)이 항상 평행이 되도록 요동부(10') 내지 미러 지지부(11)의 자세를 제어할 수 있다. 이러한 자세 조정 기구는 고정밀도의 광반사 기능을 실현하는 데에 적합하다.
또한, 마이크로 미러 소자(X3)는 마이크로 미러 소자(X1)에 관하여 상술한 바와 같이, 요동 축심(A1) 방향에서의 미러 지지부(11)의 설계 치수에 관계없이 원 하는 수의 전극치(13a, 13b, 23a, 23b)를 설치함으로써 요동부(10')의 요동 동작을 위한 구동력을 확보하면서, 요동 축심(A1) 방향에서의 미러 지지부(11)에 따라 소자 전체의 설계 치수를 짧게 설정함으로써 소형화를 도모하는 데에 적합하다.
도 24 및 도 25는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 마이크로 미러 소자(X4)를 나타낸다. 도 24는 마이크로 미러 소자(X4)의 평면도이고, 도 25는 도 24의 선 XXV-XXV를 따른 단면도이다.
마이크로 미러 소자(X4)는 요동부(30)와, 프레임(41)과, 비틀어짐 연결부(42)와, 빗살 전극(43A, 43B, 44A, 44B)을 구비한다. 또한, 마이크로 미러 소자(X4)는 마이크로 미러 소자(X1)에 관하여 상술한 바와 같이 MEMS 기술을 이용하여 SOI 기판인 재료 기판에 대하여 가공을 실시함으로써 제조된 것이다. 상기 재료 기판은 제 1 및 제 2 실리콘층 및 상기 실리콘 층간의 절연층으로 이루어지는 적층 구조를 갖고, 각 실리콘층은 불순물의 도핑에 의해 소정의 도전성이 부여되어 있다. 도면의 명확한 관점으로부터, 도 24에서는, 제 1 실리콘층에 유래하여 절연층으로부터 지면 전방 방향으로 돌출하는 부위에 대해서 사선 해칭을 더하여 나타낸다.
요동부(30)는 미러 지지부(31)와, 암부(32, 33)와, 빗살 전극(34A, 34B, 35A, 35B)을 갖는다.
미러 지지부(31)는 주로 제 1 실리콘층에 유래하는 부위로서, 그 표면에는 광반사 기능을 갖는 미러면(31a)이 설치되어 있다. 미러 지지부(31) 및 미러면(31a)은 본 발명에서의 가동 기능부를 구성한다.
암부(32)는 주로 제 1 실리콘층에 유래하는 부위로서, 미러 지지부(31)로부터 연장 돌출된다. 암부(33)는 주로 제 1 실리콘층에 유래하는 부위로서, 암부(32)와는 반대 측에 미러 지지부(31)로부터 연장 돌출된다. 암부(32)의 연장 방향과 암부(33)의 연장 방향은 일치한다.
빗살 전극(34A)은 복수의 전극치(34a)로 이루어진다. 복수의 전극치(34a)는 암부(32)로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부(32)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 빗살 전극(34B)은 복수의 전극치(34b)로 이루어진다. 복수의 전극치(34b)는 전극치(34a)와는 반대 측에 암부(32)로부터 연장 돌출되고, 또한 암부(32)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 전극치(34a, 34b)는 주로 제 1 실리콘층에 유래하는 부위이다. 본 실시예에서는, 도 24에 나타낸 바와 같이, 전극치(34a, 34b)의 연장 방향과 암부(32)의 연장 방향은 직교한다. 이러한 빗살 전극(34A) 내지 전극치(34a)와 빗살 전극(34B) 내지 전극치(34b)는 암부(32)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다.
빗살 전극(35A)은 복수의 전극치(35a)로 이루어진다. 복수의 전극치(35a)는 암부(33)로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부(33)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 빗살 전극(35B)은 복수의 전극치(35b)로 이루어진다. 복수의 전극치(35b)는 전극치(35a)와는 반대 측에 암부(33)로부터 연장 돌출되고, 또한 암부(33)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 전극치(35a, 35b)는 주로 제 1 실리콘층에 유래하는 부위이다. 본 실시예에서는, 도 24에 나타낸 바와 같이, 전극치(35a, 35b)의 연장 방향과 암부(33)의 연장 방향은 직교한다. 이러한 빗살 전극(35A) 내지 전극치 (35a)와 빗살 전극(35B) 내지 전극치(35b)는 암부(33)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 빗살 전극(35A, 35B)은 미러 지지부(31)를 통하여 빗살 전극(34A, 34B)과 전기적으로 접속되어 있다.
프레임(41)은 주로 제 1 및 제 2 실리콘층에 유래하는 부위로서, 요동부(30)를 둘러싸는 형상을 갖는다. 또한, 프레임(41)은 소정의 기계적 강도를 갖고 프레임(41) 내의 구조를 지지한다.
비틀어짐 연결부(42)는 한 쌍의 토션바(42a)로 이루어진다. 각 토션바(42a)는 주로 제 1 실리콘층에 유래하는 부위로서, 요동부(30)의 미러 지지부(31)와 프레임(41)에서 제 1 실리콘층에 유래하는 부위에 접속하여 이들을 연결한다. 토션바(42a)에 의해, 프레임(41)의 제 1 실리콘층 유래 부위와 미러 지지부(31)는 전기적으로 접속된다. 또한, 도 25에 나타낸 바와 같이, 토션바(42a)는 소자 두께 방향(H)에서, 미러 지지부(31) 및 프레임(41)의 제 1 실리콘층 유래 부위보다도 얇다. 이러한 비틀어짐 연결부(42) 내지 한 쌍의 토션바(42a)는 요동부(30) 내지 미러 지지부(31)의 요동 동작의 요동 축심(A4)을 규정한다. 요동 축심(A4)은 도 24에 나타내는 화살표 D 방향과, 즉, 암부(32, 33)의 연장 방향과 직교한다. 따라서, 암부(32)의 연장 방향으로 직교하는 방향으로 암부(32)로부터 연장 돌출되는 상술한 전극치(34a, 34b)의 연장 방향은 요동 축심(A4)에 대하여 평행이고, 또한 암부(33)의 연장 방향으로 직교하는 방향으로 암부(33)로부터 연장 돌출되는 상술한 전극치(35a, 35b)의 연장 방향은 요동 축심(A4)에 대하여 평행이다. 이러한 요동 축심(A4)은 요동부(10)의 중심 또는 그 근방을 통과하는 것이 바람직하다.
빗살 전극(43A)은 빗살 전극(34A)과 협동하여 정전 인력을 발생하기 위한 부위로서, 복수의 전극치(43a)로 이루어진다. 복수의 전극치(43a)는 프레임(41)으로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부(32)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 또한, 전극치(43a)는 주로 제 2 실리콘층에 유래하는 부위로서, 프레임(41)의 제 2 실리콘층 유래 부위에 고정되어 있다. 본 실시예에서는, 도 24에 나타낸 바와 같이, 전극치(43a)의 연장 방향과 암부(32)의 연장 방향은 직교하고, 전극치(43a)의 연장 방향은 요동 축심(A4)에 대하여 평행이다.
이러한 빗살 전극(43A)은 빗살 전극(34A)과 함께 구동 기구를 구성한다. 빗살 전극(34A, 43A)은 예를 들어 요동부(30)의 비동작시에는 도 25에 나타낸 바와 같이, 서로 다른 높이에 위치한다. 또한, 빗살 전극(34A, 43A)은 요동부(30)의 요동 동작시에서 서로 맞닿지 않도록 그들의 전극치(34a, 43a)의 위치가 어긋난 양태로 배치되어 있다.
빗살 전극(43B)은 빗살 전극(34B)과 협동하여 정전 인력을 발생하기 위한 부위로서, 복수의 전극치(43b)로 이루어진다. 복수의 전극치(43b)는 프레임(41)으로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부(32)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 또한, 전극치(43b)는 주로 제 2 실리콘층에 유래하는 부위로서, 프레임(41)의 제 2 실리콘층 유래 부위에 고정되어 있다. 빗살 전극(43B) 내지 전극치(43b)는 프레임(41)의 제 2 실리콘층 유래 부위의 일부를 통하여 빗살 전극(43A) 내지 전극치(43a)와 전기적으로 접속되어 있다. 본 실시예에서는, 도 24에 나타낸 바와 같이, 전극치(43b)의 연장 방향과 암부(32)의 연장 방향은 직교하고, 전극치(43b)의 연장 방향은 요동 축심(A4)에 대하여 평행이다.
이러한 빗살 전극(43B)은 빗살 전극(34B)과 함께 구동 기구를 구성한다. 빗살 전극(34B, 43B)은 예를 들어 요동부(30)의 비동작시에는 서로 다른 높이에 위치한다. 또한, 빗살 전극(34B, 43B)은 요동부(30)의 요동 동작시에서 서로 맞닿지 않도록 그들의 전극치(34b, 43b)의 위치가 어긋난 양태로 배치되어 있다.
빗살 전극(44A)은 빗살 전극(35A)과 협동하여 정전 인력을 발생하기 위한 부위로서, 복수의 전극치(44a)로 이루어진다. 복수의 전극치(44a)는 프레임(41)으로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부(33)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 또한, 전극치(44a)는 주로 제 2 실리콘층에 유래하는 부위로서, 프레임(41)의 제 2 실리콘층 유래 부위에 고정되어 있다. 본 실시예에서는, 프레임(41)의 제 2 실리콘층 유래 부위에서 전극치(44a)가 고정되어 있는 개소와, 프레임(41)의 제 2 실리콘층 유래 부위에서 상술한 전극치(43a, 43b)가 고정되어 있는 개소는 전기적으로 분리되어 있고, 따라서 빗살 전극(44A) 내지 전극치(44a)와, 빗살 전극(43A, 43B) 내지 전극치(43a, 43b)는 전기적으로 분리되어 있다. 또한, 본 실시예에서는, 도 24에 나타낸 바와 같이, 전극치(44a)의 연장 방향과 암부(33)의 연장 방향은 직교하고, 전극치(44a)의 연장 방향은 요동 축심(A4)에 대하여 평행이다.
이러한 빗살 전극(44A)은 빗살 전극(35A)과 함께 구동 기구를 구성한다. 빗살 전극(35A, 44A)은 예를 들어 요동부(30)의 비동작시에는 도 25에 나타낸 바와 같이, 서로 다른 높이에 위치한다. 또한, 빗살 전극(35A, 44A)은 요동부(30)의 요동 동작시에서 서로 맞닿지 않도록 그들의 전극치(35a, 44a)의 위치가 어긋난 양태 로 배치되어 있다.
빗살 전극(44B)은 빗살 전극(35B)과 협동하여 정전 인력을 발생하기 위한 부위로서, 복수의 전극치(44b)로 이루어진다. 복수의 전극치(44b)는 프레임(41)으로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부(33)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 또한, 전극치(44b)는 주로 제 2 실리콘층에 유래하는 부위로서, 프레임(41)의 제 2 실리콘층 유래 부위의 일부에 고정되어 있다. 본 실시예에서는, 프레임(41)의 제 2 실리콘층 유래 부위에서 전극치(44b)가 고정되어 있는 개소와, 프레임(41)의 제 2 실리콘층 유래 부위에서 상술한 전극치(43a, 43b)가 고정되어 있는 개소는 전기적으로 분리되어 있고, 따라서 빗살 전극(44B) 내지 전극치(44b)와, 빗살 전극(43A, 43B) 내지 전극치(43a, 43b)는 전기적으로 분리되어 있다. 한편, 빗살 전극(44B) 내지 전극치(44b)는 프레임(41)의 제 2 실리콘층 유래 부위의 일부를 통하여 빗살 전극(44A) 내지 전극치(44a)와 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 본 실시예에서는, 도 24에 나타낸 바와 같이, 전극치(44b)의 연장 방향과 암부(33)의 연장 방향은 직교하고, 전극치(44b)의 연장 방향은 요동 축심(A4)에 대하여 평행이다.
이러한 빗살 전극(44B)은 빗살 전극(35B)과 함께 구동 기구를 구성한다. 빗살 전극(35B, 44B)은 예를 들어 요동부(30)의 비동작시에는 서로 다른 높이에 위치한다. 또한, 빗살 전극(35B, 44B)은 요동부(30)의 요동 동작시에서 서로 맞닿지 않도록 그들의 전극치(35b, 44b)의 위치가 어긋난 양태로 배치되어 있다.
마이크로 미러 소자(X4)에서는, 빗살 전극(34A, 34B, 35A, 35B, 43A, 43B, 44A, 44B)에 대하여 필요에 따라 소정의 전위를 부여함으로써, 요동부(30) 내지 미 러 지지부(31)를 요동 축심(A4) 주위로 회전 변위시킬 수 있다. 빗살 전극(34A, 34B, 35A, 35B)에 대한 전위 부여는 프레임(41)의 제 1 실리콘층 유래 부위, 양쪽 토션바(42a), 미러 지지부(31) 및 암부(32, 33)를 통하여 실현할 수 있다. 빗살 전극(34A, 34B, 35A, 35B)은 예를 들어 그라운드 접속된다. 한편, 빗살 전극(43A, 43B)에 대한 전위 부여는 프레임(41)의 제 2 실리콘층 유래 부위의 일부를 통하여 실현할 수 있다. 빗살 전극(44A, 44B)에 대한 전위 부여는 프레임(41)의 제 2 실리콘층 유래 부위의 다른 일부를 통하여 실현할 수 있다. 요동 동작에서의 회전 변위량은 빗살 전극(34A, 34B, 35A, 35B, 43A, 43B, 44A, 44B)으로의 부여 전위를 조정함으로써 조절할 수 있다. 이러한 요동부(30) 내지 미러 지지부(31)의 요동 구동에 의해, 미러 지지부(31) 위에 설치된 미러면(31a)에 의해 반사되는 광의 반사 방향을 적절하게 전환할 수 있다.
또한, 마이크로 미러 소자(X4)는 마이크로 미러 소자(X1)에 관하여 상술한 바와 같이, 요동 축심(A4) 방향에서의 미러 지지부(31)의 설계 치수에 관계없이 원하는 수의 전극치(34a, 34b, 35a, 35b, 43a, 43b, 44a, 44b)를 설치함으로써 요동부(30)의 요동 동작을 위한 구동력을 확보하면서, 요동 축심(A4) 방향에서의 미러 지지부(31)에 따라 소자 전체의 설계 치수를 짧게 설정함으로써 소형화를 도모하는 데에 적합하다.
도 26 내지 도 30은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 마이크로 미러 소자(X5)를 나타낸다. 도 26은 마이크로 미러 소자(X5)의 평면도이고, 도 27은 마이크로 미러 소자(X5)의 일부 생략 평면도이다. 또한, 도 28 내지 도 30은 각각, 도 26의 선 XXⅧ-XXⅧ, 선 XXIX-XXIX 및 선 XXX-XXX를 따른 단면도이다.
마이크로 미러 소자(X5)는 요동부(10)와, 프레임(21)과, 비틀어짐 연결부(22)와, 빗살 전극(23A, 23B)과, 프레임(51)(일부 생략)과, 암부(52, 53)와, 비틀어짐 연결부(54)와, 빗살 전극(55, 56)을 구비한다. 또한, 마이크로 미러 소자(X5)는 마이크로 미러 소자(X1)에 관하여 상술한 바와 같이 MEMS 기술을 이용하여 SOI 기판인 재료 기판에 대하여 가공을 실시함으로써 제조된 것이다. 상기 재료 기판은 제 1 및 제 2 실리콘층 및 상기 실리콘 층간의 절연층으로 이루어지는 적층 구조를 갖고, 각 실리콘층은 불순물의 도핑에 의해 소정의 도전성이 부여되어 있다. 도면의 명확한 관점으로부터, 도 26에서는, 제 1 실리콘층에 유래하여 절연층으로부터 지면 전방 방향으로 돌출하는 부위에 대해서 사선 해칭을 더하여 나타낸다. 또한, 도 27은 마이크로 미러 소자(X5)에서 제 2 실리콘층에 유래하는 구조를 나타낸다.
마이크로 미러 소자(X5)에서의 요동부(10), 프레임(21), 비틀어짐 연결부(22) 및 빗살 전극(23A, 23B)에 대해서는, 제 1 실시예에서의 요동부(10), 프레임(21), 비틀어짐 연결부(22) 및 빗살 전극(23A, 23B)에 관하여 상술한 바와 같다.
프레임(51)은 주로 제 1 및 제 2 실리콘층에 유래하는 부위로서, 소정의 기계적 강도를 갖고 프레임(51) 내의 구조를 지지한다. 프레임(51)에서 제 2 실리콘층에 유래하는 부위는 도 27에 나타낸다.
암부(52)는 주로 제 1 실리콘층에 유래하는 부위로서, 요동부(10)의 요동 축심(A1)과 직교하는 방향으로 프레임(21)으로부터 연장 돌출된다. 또한, 암부(52) 는 도 28에 나타낸 바와 같이, 프레임(21)에서 제 1 실리콘층에 유래하는 부위에 고정되어 있다. 암부(53)는 주로 제 2 실리콘층에 유래하는 부위이고, 요동부(10)의 요동 축심(A1)과 직교하는 방향으로서, 암부(52)에 평행하게 프레임(51)으로부터 연장 돌출된다. 또한, 암부(53)는 도 27에 나타낸 바와 같이, 프레임(51)에서 제 2 실리콘층에 유래하는 부위에 고정되어 있다.
비틀어짐 연결부(54)는 한 조의 토션바(54a, 54b) 및 토션바(54c)로 이루어진다.
토션바(54a)는 주로 제 1 실리콘층에 유래하는 부위로서, 프레임(21)의 제 1 실리콘층 유래 부위와 프레임(51)의 제 1 실리콘층 유래 부위에 접속하여 이들을 연결한다. 토션바(54a)에 의해, 프레임(51)의 제 1 실리콘층 유래 부위와 프레임(21)의 제 1 실리콘층 유래 부위는 전기적으로 접속된다. 또한, 토션바(54a)는 도 28에 나타낸 바와 같이, 소자 두께 방향(H)에서 프레임(21)의 제 1 실리콘층 유래 부위 및 프레임(51)의 제 1 실리콘층 유래 부위보다도 얇다.
토션바(54b)는 주로 제 2 실리콘층에 유래하는 부위로서, 프레임(21)의 제 2 실리콘층 유래 부위와 프레임(51)의 제 2 실리콘층 유래 부위에 접속하여 이들을 연결한다. 토션바(54b)에 의해, 프레임(51)의 제 2 실리콘층 유래 부위와 프레임(21)의 제 2 실리콘층 유래 부위와 전기적으로 접속된다. 프레임(51)의 제 2 실리콘층 유래 부위에서 토션바(54b)가 고정되어 있는 개소와, 상술한 암부(53)가 고정되어 있는 개소는 전기적으로 분리되어 있다. 또한, 토션바(54b)는 도 28에 나타낸 바와 같이, 소자 두께 방향(H)에서 프레임(21)의 제 2 실리콘층 유래 부위 및 프레임(51)의 제 2 실리콘층 유래 부위보다도 얇다.
토션바(54c)는 주로 제 1 실리콘층에 유래하는 부위로서, 프레임(51)의 제 1 실리콘층 유래 부위와 암부(52)에 접속하여 이들을 연결한다. 토션바(54c)에 의해, 프레임(51)의 제 1 실리콘층 유래 부위와 암부(52)는 전기적으로 접속된다. 또한, 토션바(54c)는 도 28에 나타낸 바와 같이, 소자 두께 방향(H)에서 프레임(51)의 제 1 실리콘층 유래 부위 및 암부(52)보다도 얇다.
이러한 비틀어짐 연결부(54)(토션바(54a, 54b, 54c))는 프레임(21)의 요동 동작의 요동 축심(A5)을 규정한다. 요동 축심(A5)의 연장 방향은 요동 축심(A1)의 연장 방향과 직교한다. 이러한 요동 축심(A5)은 요동부(10)의 중심 또는 그 근방을 통과하는 것이 바람직하다.
빗살 전극(55)은 복수의 전극치(55a)로 이루어진다. 복수의 전극치(55a)는 암부(52)로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부(52)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 전극치(55a)는 주로 제 1 실리콘층에 유래하는 부위이다.
빗살 전극(56)은 빗살 전극(55)과 협동하여 정전 인력을 발생하기 위한 부위로서, 복수의 전극치(56a)로 이루어진다. 복수의 전극치(56a)는 암부(53)로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 암부(53)의 연장 방향으로 서로 격리된다. 전극치(56a)는 주로 제 2 실리콘층에 유래하는 부위이다.
이러한 빗살 전극(55, 56)은 본 소자의 구동 기구를 구성한다. 빗살 전극(55, 56)은 예를 들어 프레임(21)의 비동작시에는 도 28 및 도 30에 나타낸 바와 같이, 서로 다른 높이에 위치한다. 또한, 빗살 전극(55, 56)은 프레임(21)의 요동 동작시에서 서로 맞닿지 않도록 그들의 전극치(55a, 56a)의 위치가 어긋난 양태로 배치되어 있다.
마이크로 미러 소자(X5)에서는, 빗살 전극(13A, 13B, 23A, 23B, 55, 56)에 대하여 필요에 따라 소정의 전위를 부여함으로써, 요동부(10) 내지 미러 지지부(11)를 요동 축심(A1) 주위로 요동 구동할 수 있는 동시에, 프레임(21) 및 이에 따르는 요동부(10)를 요동 축심(A5) 주위로 요동 구동할 수 있다. 즉, 마이크로 미러 소자(X5)는 소위 2축형의 요동 소자이다.
빗살 전극(13A, 13B)에 대한 전위 부여는 프레임(51)의 제 1 실리콘층 유래 부위, 토션바(54a), 프레임(21)의 제 1 실리콘층 유래 부위, 양쪽 토션바(22a) 및 암부(12)를 통하여, 또는 프레임(51)의 제 1 실리콘층 유래 부위, 토션바(54c), 암부(52), 프레임(21)의 제 1 실리콘층 유래 부위, 양쪽 토션바(22a) 및 암부(12)를 통하여 실현할 수 있다. 빗살 전극(55)에 대한 전위 부여는 프레임(51)의 제 1 실리콘층 유래 부위, 토션바(54a), 프레임(21)의 제 1 실리콘층 유래 부위 및 암부(52)를 통하여, 또는 프레임(51)의 제 1 실리콘층 유래 부위, 토션바(54c) 및 암부(52)를 통하여 실현할 수 있다. 빗살 전극(13A, 13B, 55)은 예를 들어 그라운드 접속된다. 빗살 전극(23A, 23B)에 대한 전위 부여는 프레임(51)의 제 2 실리콘층 유래 부위, 토션바(54b) 및 프레임(21)의 제 2 실리콘층 유래 부위를 통하여 실현할 수 있다. 빗살 전극(56)에 대한 전위 부여는 프레임(51)의 제 2 실리콘층 유래 부위 및 암부(53)를 통하여 실현할 수 있다. 요동 축심(A1) 주위의 요동 동작에서의 회전 변위량은 빗살 전극(13A, 13B, 23A, 23B)으로의 부여 전위를 조정함으로써 조절할 수 있다. 또한, 요동 축심(A5) 주위의 요동 동작에서의 회전 변위량은 빗살 전극(55, 56)으로의 부여 전위를 조정함으로써 조절할 수 있다. 이러한 요동부(10) 내지 미러 지지부(11)의 요동 구동 및 프레임(21) 및 이에 따르는 요동부(10)의 요동 구동에 의해, 미러 지지부(11) 위에 설치된 미러면(11a)에 의해 반사되는 광의 반사 방향을 적절하게 전환할 수 있다.
또한, 마이크로 미러 소자(X5)는 마이크로 미러 소자(X1)에 관하여 상술한 바와 같이, 요동 축심(A1) 방향에서의 미러 지지부(11)의 설계 치수에 관계없이 원하는 수의 전극치(13a, 13b, 23a, 23b, 55a, 56a)를 설치함으로써 요동부(10)의 요동 동작을 위한 구동력을 확보하면서, 요동 축심(A1) 방향에서의 미러 지지부(11)에 따라 소자 전체의 설계 치수를 짧게 설정함으로써 소형화를 도모하는 데에 적합하다.
도 31은 복수의 마이크로 미러 소자(X5)를 포함하는 마이크로 미러 어레이(Y)를 나타낸다. 도면의 명확한 관점으로부터, 도 31에서는, 요동부(10), 프레임(21, 51), 암부(52) 및 빗살 전극(55)에 대해서 사선 해칭을 더하여 나타낸다. 마이크로 미러 어레이(Y)에서는, 복수의 마이크로 미러 소자(X5)는 회전 축심(A1) 방향으로 일렬로 배치되어 있다. 따라서, 마이크로 미러 어레이(Y)에서는, 복수의 미러면(11a)은 회전 축심(A1) 방향으로 일렬로 배치되어 있다. 각 마이크로 미러 소자(X5)는 상술한 바와 같이, 구동력을 얻으면서 소자 전체의 회전 축심(A1) 방향 치수를 짧게 설정하는 것에 의한 소형화를 도모하는 데에 적합하다. 그 때문에, 마이크로 미러 어레이(Y)에 의하면, 복수의 미러면(11a)에 대해서 짧은 배열 설치 피치를 실현할 수 있다. 즉, 마이크로 미러 어레이(Y)에서는 복수의 미러면(11a)을 요동 축심(A1) 방향에서 고밀도로 배열 설치할 수 있다. 또한, 각 마이크로 미러 소자(X5)에서는 미러 지지부(11) 및 토션바(22a)(비틀어짐 연결부(22))가 회전 축심(A1) 방향에서 서로 겹쳐진다. 이러한 구성은 요동 축심(A1) 방향에서의 미러면(11a)의 고밀도화를 도모하는 데에 적합하다.
이상을 종합하여, 본 발명의 구성 및 그 베리에이션을 이하에 부기로서 열거한다.
(부기 1)
프레임과, 가동 기능부, 상기 가동 기능부로부터 연장 돌출되는 암부 및 상기 암부의 연장 방향과 교차하는 방향으로 상기 암부로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 상기 연장 방향으로 서로 격리되는 복수의 제 1 전극치로 이루어지는 제 1 빗살 전극을 갖는 요동부와,
상기 프레임 및 상기 요동부를 연결하여 상기 요동부의 요동 동작의 요동 축심을 규정하는 비틀어짐 연결부와,
상기 암부의 연장 방향과 교차하는 방향으로 상기 프레임으로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 상기 암부의 연장 방향으로 서로 격리되는 동시에, 상기 제 1 빗살 전극의 복수의 제 1 전극치에 대하여 상기 프레임의 높이 방향 및 상기 암부의 연장 방향으로 어긋나 있는 복수의 제 2 전극치로 이루어지는, 상기 제 1 빗살 전극과 협동하여 상기 요동 동작의 구동력을 발생시키기 위한 제 2 빗살 전극을 구비하는 마이크로 요동 소자.
(부기 2)
상기 복수의 제 1 전극치의 연장 방향은 상기 요동 축심에 대하여 평행인 부 기 1에 기재된 마이크로 요동 소자.
(부기 3)
상기 복수의 제 1 전극치의 연장 방향과 상기 요동 축심의 연장 방향은 교차하는 부기 1에 기재된 마이크로 요동 소자.
(부기 4)
상기 제 2 전극치의 연장 방향은 상기 제 1 전극치의 연장 방향에 대하여 평행인 부기 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 마이크로 요동 소자.
(부기 5)
상기 제 1 빗살 전극은 3개 이상의 전극치로 이루어지고, 서로 이웃하는 2개의 제 1 전극치 사이의 거리는 상기 요동 축심으로부터 멀수록 긴 부기 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 마이크로 요동 소자.
(부기 6)
상기 제 2 빗살 전극은 3개 이상의 전극치로 이루어지고, 서로 이웃하는 2개의 제 2 전극치 사이의 거리는 상기 요동 축심으로부터 멀수록 긴 부기 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 마이크로 요동 소자.
(부기 7)
상기 암부의 연장 방향에서 서로 이웃하는 2개의 제 2 전극치 사이에 위치하는 제 1 전극치는 상기 2개의 제 2 전극치 사이의 중심 위치로부터 상기 요동 축심에 가까워지는 쪽으로 편위되어 있는 부기 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 마이크로 요동 소자.
(부기 8)
상기 암부의 연장 방향에서 서로 이웃하는 2개의 제 2 전극치 사이에 위치하는 제 1 전극치는 상기 2개의 제 2 전극치 사이의 중심 위치로부터 상기 요동 축심으로부터 멀어지는 쪽으로 편위되어 있는 부기 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 마이크로 요동 소자.
(부기 9)
상기 암부의 연장 방향과 교차하는 방향으로 상기 암부로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 상기 암부의 연장 방향으로 서로 격리되는 복수의 제 3 전극치로 이루어지는 제 3 빗살 전극과,
상기 암부의 연장 방향과 교차하는 방향으로 상기 프레임으로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 상기 암부의 연장 방향으로 서로 격리되는 동시에, 상기 제 3 빗살 전극의 복수의 제 3 전극치에 대하여 상기 프레임의 높이 방향 및 상기 암부의 연장 방향으로 어긋나 있는 복수의 제 4 전극치로 이루어지는, 상기 제 3 빗살 전극과 협동하여 상기 요동 동작의 구동력을 발생시키기 위한 제 4 빗살 전극을 더 구비하고,
상기 제 2 및 상기 제 4 빗살 전극은 전기적으로 분리되어 있는 부기 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 마이크로 요동 소자.
(부기 10)
상기 제 1 및 상기 제 3 빗살 전극은 전기적으로 접속되어 있는 부기 9에 기재된 마이크로 요동 소자.
(부기 11)
상기 가동 기능부로부터 연장 돌출되는 추가 암부와,
상기 추가 암부의 연장 방향과 교차하는 방향으로 상기 추가 암부로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 상기 추가 암부의 연장 방향으로 서로 격리되는 복수의 제 3 전극치로 이루어지는 제 3 빗살 전극과,
상기 추가 암부의 연장 방향과 교차하는 방향으로 상기 프레임으로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 상기 추가 암부의 연장 방향으로 서로 격리되는 동시에, 상기 제 3 빗살 전극의 복수의 제 3 전극치에 대하여 상기 프레임의 높이 방향 및 상기 암부의 연장 방향으로 어긋나 있는 복수의 제 4 전극치로 이루어지는, 상기 제 3 빗살 전극과 협동하여 상기 요동 동작의 구동력을 발생시키기 위한 제 4 빗살 전극을 더 구비하고,
상기 제 1 및 상기 제 3 빗살 전극은 전기적으로 분리되어 있는 부기 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 마이크로 요동 소자.
(부기 12)
상기 제 2 및 상기 제 4 빗살 전극은 전기적으로 접속되어 있는 부기 11에 기재된 마이크로 요동 소자.
(부기 13)
추가 프레임과, 상기 프레임 및 상기 추가 프레임을 연결하고, 또한 상기 추가 프레임의 요동 동작의, 상기 요동 축심의 연장 방향과 교차하는 추가 요동 축심을 규정하는 추가 비틀어짐 연결부와,
상기 추가 프레임의 상기 요동 동작의 구동력을 발생시키기 위한 구동 기구를 더 구비하는 부기 1 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 마이크로 요동 소자.
본 발명에 의하면, 마이크로 요동 소자의 요동 동작을 위한 구동력을 확보하 면서, 소자 전체의 소형화를 도모할 수 있다.

Claims (10)

  1. 프레임과,
    가동 기능부, 상기 가동 기능부로부터 연장 돌출되는 암부 및 상기 암부의 연장 방향과 교차하는 방향으로 상기 암부로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 상기 연장 방향으로 서로 격리되는 복수의 제 1 전극치(電極齒)로 이루어지는 제 1 빗살 전극을 갖는 요동부와,
    상기 프레임 및 상기 요동부를 연결하여 상기 요동부의 요동 동작의 요동 축심을 규정하는 비틀어짐 연결부와,
    상기 암부의 연장 방향과 교차하는 방향으로 상기 프레임으로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 상기 암부의 연장 방향으로 서로 격리되는 동시에, 상기 제 1 빗살 전극의 복수의 제 1 전극치에 대하여 상기 프레임의 높이 방향 및 상기 암부의 연장 방향으로 어긋나 있는 복수의 제 2 전극치로 이루어지는, 상기 제 1 빗살 전극과 협동하여 상기 요동 동작의 구동력을 발생시키기 위한 제 2 빗살 전극을 구비하는 마이크로 요동 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 전극치의 연장 방향은 상기 요동 축심에 대하여 평행인 마이크로 요동 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 전극치의 연장 방향과 상기 요동 축심의 연장 방향은 교차 하는 마이크로 요동 소자.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 빗살 전극은 3개 이상의 전극치로 이루어지고, 서로 이웃하는 2개의 제 1 전극치 사이의 거리는 상기 요동 축심으로부터 멀수록 긴 마이크로 요동 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 빗살 전극은 3개 이상의 전극치로 이루어지고, 서로 이웃하는 2개의 제 2 전극치 사이의 거리는 상기 요동 축심으로부터 멀수록 긴 마이크로 요동 소자.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 암부의 연장 방향에서 서로 이웃하는 2개의 제 2 전극치 사이에 위치하는 제 1 전극치는 상기 2개의 제 2 전극치 사이의 중심 위치로부터 상기 요동 축심에 가까워지는 쪽으로 편위(偏位)되어 있는 마이크로 요동 소자.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 암부의 연장 방향에서 서로 이웃하는 2개의 제 2 전극치 사이에 위치하는 제 1 전극치는 상기 2개의 제 2 전극치 사이의 중심 위치로부터, 상기 요동 축 심으로부터 멀어지는 쪽으로 편위되어 있는 마이크로 요동 소자.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 제 2 전극치는 상기 암부를 사이에 끼우고 그 양측에 위치하는 2개의 그룹으로 분할되어 있고, 한쪽의 그룹에 포함되는 제 2 전극치는 다른쪽의 그룹에 포함되는 제 2 전극치에 대하여 전기적으로 분리되어 있는 마이크로 요동 소자.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 기능부로부터 연장 돌출되는 추가 암부와,
    상기 추가 암부의 연장 방향과 교차하는 방향으로 상기 추가 암부로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 상기 추가 암부의 연장 방향으로 서로 격리되는 복수의 제 3 전극치로 이루어지는 제 3 빗살 전극과,
    상기 추가 암부의 연장 방향과 교차하는 방향으로 상기 프레임으로부터 각각이 연장 돌출되고, 또한 상기 추가 암부의 연장 방향으로 서로 격리되는 동시에, 상기 제 3 빗살 전극의 복수의 제 3 전극치에 대하여 상기 프레임의 높이 방향 및 상기 암부의 연장 방향으로 어긋나 있는 복수의 제 4 전극치로 이루어지는, 상기 제 3 빗살 전극과 협동하여 상기 요동 동작의 구동력을 발생시키기 위한 제 4 빗살 전극을 더 구비하고,
    상기 제 1 및 상기 제 3 빗살 전극은 전기적으로 분리되어 있는 마이크로 요동 소자.
  10. 삭제
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